原子スケール表面改質によるシリコン―炭素結合の創成と局所電子物性の測定

通过原子级表面修饰创建硅-碳键并测量局部电子特性

• 批准号: 13874094
• 负责人: 夛田 博一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Okazaki National Research Institutes
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13874094/
• 关键词: シリコン-炭素共有結合; ナノパターニング; 局所陽極酸化; 原子間力顕微鏡; 化学力顕微鏡; 摩擦力; 分子エレクトロニクス; 入出力インターフェース; 分子スケール素子; シリコン-炭素結合; 自己組織化膜; 陽極酸化

水素終端シリコン(111)面を作製し、末端に2重結合を持つ分子のメシチレン溶液中で加熱または紫外線照射することにより、シリコン-炭素共有結合を起点とする分子膜の作製が可能であることを確認した。原子間力顕微鏡(AFM)、フォースカーブ,接触角により,シリコン基板上に強固で秩序性が高く欠陥の無いシリコン-炭素共有結合性アルキル単分子膜が形成されていることを観察した。さらに,アルキル単分子膜上へのAFM陽極酸化によるナノパターニングを行い、特定の場所に特定の分子を埋め込める手法を確立した。アミノ基を保護基で処理した分子を用いてアミノアルキル単分子膜を作製し,その上に色素分子を固定化することに成功した。シリコン基板上に固定した蛍光色素からの蛍光強度は、シリコン基板のドーパント量に依存することがわかった。ドープ量の多い基板では蛍光が弱く、励起分子からシリコン基板へのエネルギー移動による失活によると思われる。また、本手法を用いて、シリコン製カンチレバーを分子修飾することも行った。分子が共有結合により固定されているため、熱的・化学的に安定な分子修飾カンチレバーが作製できた。このカンチレバーにより、摩擦力顕微鏡像を観察したところ、従来の親水性・疎水性の影響による摩擦力変化ではなく、分子の持つ静電力に起因する摩擦力変化を観察した。これらの手法を用いることによりシリコン-炭素の入出力インターフェイスを持つ分子システムの構築とその詳細な考察が可能となるのではないかと考えられる

Water element terminal シ リ コ ン を (111) surface as し, end weight に 2 combined with molecular の を hold つ メ シ チ レ ン solution で heating ま た は ultraviolet irradiation す る こ と に よ り, シ リ コ ン - carbon starting point total of combining を と す る が may be the molecular membrane の cropping で あ る こ と を confirm し た. Interatomic force 顕 micro mirror (AFM), フ ォ ー ス カ ー ブ, contact Angle に よ り, シ リ コ ン substrate に strong で order が high く owe 陥 の no い シ リ コ ン - carbon of associative ア ル キ ル 単 が molecular membrane formation さ れ て い る こ と を 観 examine し た. さ ら に, ア ル キ ル 単 molecular membrane へ の AFM anodic acidification に よ る ナ ノ パ タ ー ニ ン グ を い, specific place の に の molecular を buried め 込 め る gimmick を establish し た. ア ミ ノ base を protection base で 処 Richard し を た molecules with い て ア ミ ノ ア ル キ ル 単 し, the molecular membrane を cropping そ の を に pigment molecules immobilized on す る こ と に successful し た. シ リ コ ン substrate に fixed し た 蛍 photopigment か ら の 蛍 light intensity は, シ リ コ ン substrate の ド ー パ ン ト quantity に dependent す る こ と が わ か っ た. ド ー プ の い more amount of substrate で は 蛍 が weak light く, wound up molecular か ら シ リ コ ン substrate へ の エ ネ ル ギ ー mobile に よ る inactivation に よ る と think わ れ る. ま た, this technique を い て, シ リ コ ン system カ ン チ レ バ ー modification of を す る こ と も line っ た. Molecular が mutual combination に よ り fixed さ れ て い る た め, thermal, chemical modification of に stability な カ ン チ レ バ ー が cropping で き た. こ の カ ン チ レ バ ー に よ り, friction 顕 micro mirror を 観 examine し た と こ ろ, 従 to の hydrophilic 疎 water-based の influence に よ る friction - the で は な く, molecular の つ electrostatic force に cause す る friction - the を 観 examine し た. こ れ ら の gimmick を with い る こ と に よ り シ リ コ ン - carbon の into output イ ン タ ー フ ェ イ ス を hold つ molecular シ ス テ ム の build と そ の な detailed investigation が may と な る の で は な い か と exam え ら れ る

项目成果

Masato Ara, Harald Graaf, Hirokazu Tada: "Atomic Force Microscope Anodization of Si(111) Covered with Alkyl Monolyaers"Jpn. J. Appl. Phys.. 41・7B. 4894-4897 (2002)

Masato Ara、Harald Graaf、Hirokazu Tada：“用烷基单分子覆盖的 Si(111) 的原子力显微镜阳极氧化”Jpn. Phys. 41・7B (2002)。

Harald Graaf, Masato Ara, Hirokazu Tada: "Force Curve Measurement of Self-assembled Organic Monolayers Bound Covalently on Silicon(111)"Mol. Cryst. Liq. Cryst.. 377. 33-35 (2002)

Harald Graaf、Masato Ara、Hirokazu Tada：“硅上共价键合的自组装有机单分子层的力曲线测量 (111)”Mol。

Masato Ara, Harald Graaf, Hirokazu Tada: "Nanopatterning of alkyl monolayers covalently bound to Si(111) with an atomic force microscope"Appl. Phys. Lett.. 80・14. 2565-2567 (2002)

Masato Ara、Harald Graaf、Hirokazu Tada：“用原子力显微镜共价结合到 Si(111) 的烷基单层的纳米图案”Appl. Phys. 2565-2567 (2002)。

Takaaki Ishibashi, Masato Ara, Hirokazu Tada, Hiroshi Ohnishi: "Molecular Conformation of n-alkyl Monolayers Covalently Bonded to Si(111)"Chem. Phys. Lett.. 367. 376-381 (2003)

Takaaki Ishibashi、Masato Ara、Hirokazu Tada、Hiroshi Ohnishi：“共价键合到 Si(111) 的正烷基单分子层的分子构象”Chem。

M.Ara, H.Graaf, H.Tada: "Nano-patterning of Alkyl Monolayers Covalently Bound to Si(111) with An Atmic Force Microscope"Appl. Phys. Lett.. 80(14)(印刷中). (2002)

M.Ara、H.Graaf、H.Tada：“用原子力显微镜共价结合到 Si(111) 的烷基单层的纳米图案”Appl. Phys. 80(14)（出版中）。 ）