分子メモリー機能要素としての半導体-有機分子接合界面の研究

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電子集積回路の加工線幅が10nmを切るシングルナノ世代では、材料工学的微細化の限界の存在が、強く懸念されている。例えば、メモリーデバイスは、キャパシターに電荷を蓄積することで情報ビットを記録するが、キャパシターのサイズが極微化すると、金属酸化物誘電体では必要な電荷量を必要な時間保持することが困難になる。そこで、有機分子の可逆的な酸か還元反応を電荷蓄積の原理として用いる新しいメモリーデバイスを提案した。本研究では、可逆的な電気化学的酸化還元応答を示す有機金属錯体分子をその機能を保持したままシリコン表面へ接合するプロセスを確立し、さらにその接合界面の電子物性(特に、半導体バルクと有機分子間の電子移動特性)を明らかにし、Redox分子メモリー実現のためのさらなる研究指針を確定することを目的とする。可視光励起法によるシリコン表面へのビニルフェロセン(VFc)分子接合について研究をおこなった。可視光励起法は、熱励起法と比較するとVFcが重合することが少ないマイルドな接合プロセスであることがわかった。さらに、反応溶媒をメシチレンからデカンへと変えることで、ほとんど重合副生物のないVFc単分子膜を形成することに成功した。これによって真のVFc単分子膜Si接合試料の電気化学応答を計測し、そのメモリー機能をしらべることができるようになった。基板シリコンの不純物濃度や導電性タイプの違いに依存したVFc単分子膜の電気化学応答データを集積した。