シリコンナノギャップ電極の作製とシリコン-炭素共有結合性架橋分子の電気物性計測

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ここ数年、単一有機分子を固体表面上に組織化してナノメートルスケールの電子デバイスを構築する研究が国内外で活発に行なわれている。単一分子計測を行なうにあたって、電極/単一有機分子/電極という構造を構築する必要がある。本研究代表者は、単一分子の電気特性を計測するための電極としてナノメートルスケールのギャップを有するシリコン電極の作製、およびシリコン-炭素共有結合を介して有機分子を架橋させる手法を提案し実験を行なっている。シリコン電極は、電子線リソグラフィを用いてSilicon-on-insulator(SOI)基板上に金属マスクを作製した後、KOH溶液中でSOIの上部シリコン層を異方性ウェットエッチングすることで作製した。KOHによるエッチングではSi(111)に対するエッチング速度がSi(100)の場合に比べて極めて遅いためエッチング後のシリコン電極表面はSi(111)となる。作製した電極を走査型電子顕微鏡で観察すると電極の縁には(111)面と思われる斜面が形成されていることを確認した。シリコン電極のギャップ間隔は電子線リソグラフィで作製する金属マスクパターンのギャップ間隔に依存すると考えられる。そこで、上部シリコン層の膜厚が約60nmのSOI基板を用いて金属マスクパターンを精度よく作製した結果、5nm程度の分解能でギャップ間隔を作り分け、最小で約5nmのギャップを有するシリコン電極が作製できた。現在、シリコン上にエッチングのためのマスク兼電極として金/クロムを用いているが、シリコンとクロムの界面ではオーミック接合が作れないため金/インジウムを用いている。インジウムは本研究のエッチングプロセスに耐えうる。作製したナノギャップ電極表面を水素終端し、その表面に反応させるためにC≡C三重結合を両末端にもつ約10nmの長さのオリゴチオフェンワイヤーによる架橋実験をした。