分子デバイス配線法の開発

分子器件布线方法的开发

基本信息

批准号：
18710122
负责人：
谷口正輝
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで開発した自己組織化配線法を用いて、導電性ポリマーと同じ分子骨格を持つ分子ワイヤーをナノ電極間に配線し、FET構造を作製したところ、20nm以上の電極ギャップを持つ素子においてはトランジスタ特性が得られた。しかし、電流のオン・オフ比は10以下であった。これは、分子ワイヤーとゲート絶縁体である酸化シリコンが密着していないため、ゲート電圧が分子ワイヤーに効果的に印加されていないことが原因と考えられる。一方、10nm〜20nmの電極ギャップを持つ素子においてはトランジスタ特性が得られなかった。これは、10nm〜20nm領域が、トンネル伝導とバンド伝導の境界にあたる領域であると考えられ、配線された分子ワイヤーの電気伝導性が本質的に絶縁化していると考えられる。金-セレノール結合を持つ界面制御分子として、パラヨードベンゼンセレノールを合成した。開発した界面制御分子が形成する自己組織化構造とその界面の電子状態を調べるため、金電極上のベンゼンセレノール単分子膜の走査トンネル顕微鏡観察と電子状態計算を行った。その結果、ベンゼンセレノールは、金電極上で自己組織化構造を形成し、その界面電子状態が金属的であることが示唆された。これまでの自己組織化配線法は、両側の電極から分子ワイヤーを成長させる方法であったため、配線確率は30%程度と低かった。そこで、片方の電極から分子ワイヤーを成長させ、電極間に配線させる新しい自己組織化配線法の開発を行った。この方法は、両側の電極に界面制御分子を結合させた後、電気化学反応により片方の電極に結合した界面制御分子のみを選択的に脱離させる方法である。金-チオール結合を持つ界面制御分子を用いた場合、選択的に界面制御分子を脱離させることに成功した。

直到现在，使用自组装的接线方法，在纳米电极之间将具有与导电聚合物相同的分子框架的分子线连接起来，以创建FET结构，并获得了具有20 nm或更多电极间隙的设备的晶体管特性。但是，电流的ON/OFT比率低于10。这被认为是因为分子线和栅极绝缘子氧化硅氧化物没有密切粘附，并且栅极电压未应用于分子线。另一方面，在电极间隙为10至20 nm的元素中未获得晶体管特性。这被认为是10-20 nm区域对应于隧道传导与带传导之间的边界的区域，并且基本上是隔离有线分子线的电导率。将甲烯醇 - 烯醇合成为与金苯酚键的界面控制分子。为了研究由开发的界面控制分子和界面的电子状态形成的自组装结构，我们进行了扫描隧道显微镜观察和计算金电极上苯 - 烯醇单层的电子状态。结果表明，苯 - 烯醇在金电极上形成一个自组装结构，其界面电子状态是金属。先前的自组装方法是一种从两侧的电极生长分子线的方法，因此接线概率在30％左右较低。因此，我们开发了一种新的自组织接线方法，其中分子线是从一个电极生长并在电极之间连接的。该方法涉及与两个电极的结合界面控制的分子，然后选择性地将接口控制的分子通过电化学反应结合到一个电极。当使用具有金硫醇键的界面对照分子时，它成功地去除了界面控制的分子。