分子デバイス配線法の開発

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。

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。