JP2009032897A - Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element - Google Patents

Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element Download PDF

Info

Publication number
JP2009032897A
JP2009032897A JP2007195342A JP2007195342A JP2009032897A JP 2009032897 A JP2009032897 A JP 2009032897A JP 2007195342 A JP2007195342 A JP 2007195342A JP 2007195342 A JP2007195342 A JP 2007195342A JP 2009032897 A JP2009032897 A JP 2009032897A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
functional molecular
molecule
electron conjugated
electrode
functional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007195342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009032897A5 (en
Inventor
Koujiro Kita
浩二朗 喜多
Eriko Matsui
恵理子 松居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2007195342A priority Critical patent/JP2009032897A/en
Publication of JP2009032897A publication Critical patent/JP2009032897A/en
Publication of JP2009032897A5 publication Critical patent/JP2009032897A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing functional molecular elements that can discriminatingly manufacture a first functional molecular element having a bias voltage region showing negative differential resistance and a second functional molecular element having diode characteristics, to provide a method of manufacturing a functional molecular device, and to provide a method of manufacturing an integrated element comprising a plurality of kinds of functional molecular elements. <P>SOLUTION: In the method, π electron conjugated molecules 1 each of which is a kind of linear tetra-pyrrole and has a nearly discoidal center frame part 2 and a flexible side chain part 3 composed of an alkyl group are dissolved in 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl and adjusted to a suitable concentration. The solution is stuck to electrodes 5, 6 and liquid crystal solvent molecules are evaporated from the solution to form an array structure 4 of the π electron conjugated molecules 1 in a self-organizing manner. In this case, the first functional molecular element or a second functional molecular element is discriminatingly manufactured by setting the evaporation temperature to temperature at which liquid crystal solvent molecules form a liquid crystal phase or to temperature at which liquid crystal solvent molecules form a liquid phase. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、特異な導電性を有する機能性分子素子の製造方法及びその素子を有する機能性分子装置の製造方法、並びに複数種類の機能性分子素子が集積された集積素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a functional molecular element having specific conductivity, a method for producing a functional molecular device having the element, and a method for producing an integrated element in which a plurality of types of functional molecular elements are integrated. is there.

ナノテクノロジーは、大きさが10-8m(=10nm)程度の微細構造を観察・作製・利用する技術である。1980年代後半に、走査型トンネル顕微鏡が発明され、原子や分子を観察できるばかりでなく、1個ずつ操作することができるようになった。例えば、結晶の表面に原子を並べて文字を書いた例などが報告されている。 Nanotechnology is a technique for observing, producing, and utilizing a microstructure having a size of about 10 −8 m (= 10 nm). In the late 1980s, a scanning tunneling microscope was invented, allowing not only to observe atoms and molecules but also to operate them one by one. For example, an example in which letters are written by arranging atoms on the surface of a crystal has been reported.

しかし、原子や分子を操作できると言っても、莫大な個数の原子や分子を1個ずつ操作して、新しい材料やデバイスを組み立てるのは実際的ではない。原子や分子やその集団を操作して、目的の構造体を形成するには、それを可能にする新しい加工技術が必要である。そのような分子レベルの加工技術として、原子や分子やその集団を部品としてみたて、これらの部品を自己組織化などの方法で構造体に組み上げるボトムアップ方式が注目されている。   However, even if atoms and molecules can be manipulated, it is not practical to assemble a new material or device by manipulating an enormous number of atoms or molecules one by one. Manipulating atoms, molecules and their groups to form the desired structure requires new processing techniques that enable it. As such a molecular level processing technology, attention is focused on a bottom-up method in which atoms, molecules, and groups thereof are viewed as parts, and these parts are assembled into a structure by a method such as self-organization.

金属やセラミックスや半導体についても、ボトムアップ方式でナノメートルサイズの構造体を作る研究は行われている。しかし、分子は、1個1個が独立していて、形の違い、機能の違いなど数百万種類に及ぶ多様性があるので、それを生かせば、従来とは全く異なる特徴をもつ分子デバイスを作製することができると期待される。   Research has also been conducted on metal, ceramics, and semiconductors to create nanometer-sized structures in a bottom-up manner. However, each molecule is independent, and there are millions of different types such as different shapes and functions, so if you take advantage of them, molecular devices with completely different characteristics from the conventional ones. It is expected that can be produced.

例えば、導電性分子の幅はわずか0.5nmである。この分子の線材は、現在の集積回路技術で実現されている100nm程度の線幅に比べて、数千倍の高密度の配線を実現できる。また、例えば、1個の分子を記憶素子として使うと、DVDの1万倍以上の記録密度が可能となる。   For example, the width of the conductive molecule is only 0.5 nm. This molecular wire can realize high-density wiring several thousand times larger than the line width of about 100 nm realized by the current integrated circuit technology. For example, when one molecule is used as a storage element, a recording density of 10,000 times or more that of DVD can be achieved.

1986年、三菱電機社の肥塚裕至は、ポリチオフェン(高分子)からなる世界初の有機トランジスタを開発した。その後、有機薄膜トランジスタ、分子スイッチ、分子論理回路、分子ワイヤなど、様々な機能をもつ分子デバイスが盛んに研究されている。   In 1986, Mitsubishi Electric's Hiroshi Hizuka developed the world's first organic transistor made of polythiophene (polymer). Since then, molecular devices with various functions such as organic thin film transistors, molecular switches, molecular logic circuits, and molecular wires have been actively studied.

分子デバイスの課題の1つは、構成分子と電極との接続部分が大きな電気抵抗をもち、これが分子デバイスの特性を制限してしまうことである。例えば、有機電界効果トランジスタでは、チャネル領域の有機分子に作用する電界の変化によって、有機分子中のキャリア移動が変調されが、この際、構成分子と電極との界面での接触抵抗が非常に大きく、その接触抵抗がトランジスタの動作特性に強く影響する。   One problem with molecular devices is that the connecting portion between the constituent molecules and the electrodes has a large electrical resistance, which limits the properties of the molecular device. For example, in an organic field effect transistor, carrier movement in the organic molecule is modulated by a change in the electric field acting on the organic molecule in the channel region. At this time, the contact resistance at the interface between the constituent molecule and the electrode is very large. The contact resistance strongly affects the operation characteristics of the transistor.

例えば、本発明者の一人は、特開2004−221553号公報において、電界の作用によって分子構造を変化させ、電流をON、OFFする分子スイッチとして機能する、新しい原理に基づく機能性分子素子を提案したが、この分子素子においても、構成分子と電極との界面での接触抵抗が大きい場合には、その接触抵抗が分子素子の動作特性に影響を与える。   For example, one of the inventors of the present invention proposed a functional molecular element based on a new principle that functions as a molecular switch that changes the molecular structure by the action of an electric field and turns the current on and off in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-221553. However, even in this molecular element, when the contact resistance at the interface between the constituent molecule and the electrode is large, the contact resistance affects the operating characteristics of the molecular element.

また、有機太陽電池のように、電子を流すための分子層が対向電極間に配置されている場合でも、有機分子と電極との界面での接触抵抗をできるだけ小さくすることが求められる。   Further, even when a molecular layer for allowing electrons to flow is disposed between the counter electrodes as in an organic solar cell, it is required to reduce the contact resistance at the interface between the organic molecule and the electrode as much as possible.

そこで、本発明者の一人は、後述の特許文献1において、構成分子と電極との界面での接触抵抗を低減できる新規な構造を有する機能性分子素子及びその製造方法、並びに機能性分子装置を提案した。   Therefore, one of the inventors of the present invention disclosed a functional molecular element having a novel structure capable of reducing the contact resistance at the interface between a constituent molecule and an electrode, a manufacturing method thereof, and a functional molecular device in Patent Document 1 described later. Proposed.

この機能性分子素子は、例えば、
π電子共役系からなる平面形又は略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してな るπ電子共役系分子が、前記側鎖部において電極に吸着されることによって、前記骨格 部の前記平面形又は前記略平面形構造が前記電極に対してほぼ平行になるように配置さ れた被吸着分子を形成しており、
少なくとも前記被吸着分子と前記電極とからなる構造体が、前記平面形又は前記略平 面形構造に交差する方向に電流を流す機能を有する、
機能性分子素子である。
This functional molecular element is, for example,
A π-electron conjugated molecule in which a side chain portion is bonded to a skeleton portion having a planar or substantially planar structure composed of a π-electron conjugated system is adsorbed to the electrode in the side chain portion, whereby the skeleton portion The adsorbed molecules are arranged such that the planar or substantially planar structure is substantially parallel to the electrode,
A structure comprising at least the molecules to be adsorbed and the electrode has a function of flowing a current in a direction intersecting the planar shape or the substantially planar structure;
It is a functional molecular device.

特開2006−351623号公報(第11−15頁、図1−5)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-351623 (page 11-15, FIG. 1-5)

特許文献1に提案された機能性分子素子の研究は始まったばかりで、研究が進めば、種々の新規な特性を有する機能性分子素子を提供できると考えられる。実際、本発明者は、特願2006−308881において、室温において負性微分抵抗を示すバイアス電圧領域が存在する第1の機能性分子素子、及び、バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が著しく異なり、ダイオード特性を有する第2の機能性分子素子を報告した。   Research on the functional molecular device proposed in Patent Document 1 has just started, and it is considered that if the research proceeds, functional molecular devices having various novel characteristics can be provided. In fact, the present inventor reverses the case in which the first functional molecular element having a bias voltage region exhibiting negative differential resistance at room temperature and the bias voltage are applied in the positive direction in Japanese Patent Application No. 2006-308881. A second functional molecular device having a diode characteristic that differs greatly in conductivity when applied in the direction was reported.

これら2種類の機能性分子素子は、例えば、リニアテトラピロールの1種で、略円盤状の中心骨格部と、アルキル基からなるフレキシブルな側鎖部とを有する、同じπ電子共役系分子を材料にして作製される。第1の機能性分子素子は、このπ電子共役系分子を4−ペンチル−4’−シアノビフェニル(5CB)などに溶解させ、適切な濃度に調整し、この溶液を対向電極に被着させた後、溶媒を蒸発させることにより、前記π電子共役系分子の配列構造体を対向電極間に自己組織化的に形成させる。第2の機能性分子素子は、前記π電子共役系分子を溶解させる溶媒を5CBからテトラヒドロフランに変更するだけで、それ以外は同様にして作製することができる。   These two types of functional molecular elements are, for example, one type of linear tetrapyrrole, which is made of the same π-electron conjugated molecule having a substantially disc-shaped central skeleton portion and a flexible side chain portion made of an alkyl group. It is made as follows. In the first functional molecular element, this π-electron conjugated molecule was dissolved in 4-pentyl-4′-cyanobiphenyl (5CB) or the like, adjusted to an appropriate concentration, and this solution was deposited on the counter electrode. Thereafter, by evaporating the solvent, the array structure of the π-electron conjugated molecules is formed in a self-organized manner between the counter electrodes. The second functional molecular element can be produced in the same manner except that the solvent for dissolving the π-electron conjugated molecule is changed from 5CB to tetrahydrofuran.

上記の第1の機能性分子素子及び第2の機能性分子素子の製造方法は、溶媒を変更するだけで第1及び第2の機能性分子素子を作り分けることができる、優れた機能性分子素子の製造方法である。しかしながら、同一基板上の所定の位置に第1の機能性分子素子及び第2の機能性分子素子を形成し、集積回路に組み上げるためには、2種類の溶媒をそれぞれ用いて、第1の機能性分子素子をパターニングして形成する工程と、第2の機能性分子素子をパターニングして形成する工程とが必要になる。この場合、1つ目の素子を形成した後、2つ目の素子を形成する際に、1つ目の素子をどのようにして保護するかなど、それぞれの素子をパターニングして形成する上で種々の困難がある。また、それに対応して、製造工程も多数の工程が必要になり、複雑化することが予想される。   The manufacturing method of said 1st functional molecular element and said 2nd functional molecular element is the outstanding functional molecule which can make the 1st and 2nd functional molecular element separately only by changing a solvent. It is a manufacturing method of an element. However, in order to form the first functional molecular element and the second functional molecular element at predetermined positions on the same substrate and assemble them into an integrated circuit, the first function molecular element is used by using two kinds of solvents, respectively. A step of patterning and forming the functional molecular element and a step of patterning and forming the second functional molecular element are required. In this case, after forming the first element, when the second element is formed, each element is patterned and formed, such as how to protect the first element. There are various difficulties. Correspondingly, the manufacturing process requires a large number of processes and is expected to be complicated.

本発明の目的は、上記のような実情に鑑みなされたものであって、第1の機能性分子素子と第2の機能性分子素子とを簡易に作り分けることができる機能性分子素子の製造方法、及び機能性分子装置の製造方法、並びに複数種類の機能性分子素子からなる集積素子の製造方法を提供することにある。   The object of the present invention has been made in view of the above circumstances, and the production of a functional molecular element capable of easily making a first functional molecular element and a second functional molecular element. It is an object of the present invention to provide a method, a method for manufacturing a functional molecular device, and a method for manufacturing an integrated device including a plurality of types of functional molecular devices.

即ち、本発明は、複数の電極が対向して配置された対向電極が形成されており、π電子共役系からなる略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してなるπ電子共役系分子が、前記側鎖部において前記電極に吸着されることによって、前記骨格部の前記略平面形構造が前記対向電極に対してほぼ平行になるように配置された被吸着分子が、前記対向電極のいずれに対しても形成され、
少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる構造体が、前記対向電極間に印 加されたバイアス電圧に応じて、前記略平面形構造に交差する方向に電流を流す機能を 有し、
室温において負性微分抵抗を示すバイアス電圧領域が存在する
第1の機能性分子素子を作製する、機能性分子素子の製造方法であって、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節 して調製する工程と、
前記溶液を前記電極に接触させる工程と、
前記液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度領域において、前記溶液から前記液晶性 溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記 電極の表面上に形成する工程と
を有する、第1の機能性分子素子の製造方法に係わるものである。
That is, in the present invention, a counter electrode in which a plurality of electrodes are arranged to face each other is formed, and a π-electron conjugate formed by combining a side chain portion with a skeleton having a substantially planar structure composed of a π-electron conjugated system. The molecule to be adsorbed is arranged so that the substantially planar structure of the skeleton is substantially parallel to the counter electrode by adsorbing the system molecule to the electrode in the side chain portion. Formed for any of the electrodes,
A structure including at least the molecule to be adsorbed and the counter electrode has a function of flowing a current in a direction crossing the substantially planar structure in accordance with a bias voltage applied between the counter electrodes;
A method for producing a functional molecular element, which produces a first functional molecular element having a bias voltage region exhibiting negative differential resistance at room temperature,
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In the temperature range where the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution, and the π-electron conjugated molecule layer is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks according to the concentration. And a process for forming the first functional molecular device.

また、複数の電極が対向して配置された対向電極が形成されており、π電子共役系からなる略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してなるπ電子共役系分子が、前記側鎖部において前記電極に吸着されることによって、前記骨格部の前記略平面形構造が前記対向電極に対してほぼ平行になるように配置された被吸着分子が、前記対向電極のいずれに対しても形成され、
少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる構造体が、前記対向電極間に印 加されたバイアス電圧に応じて、前記略平面形構造に交差する方向に電流を流す機能を 有し、
前記バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が 著しく異なる
第2の機能性分子素子を作製する、機能性分子素子の製造方法であって、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節 して調製する工程と、
前記溶液を前記電極に接触させる工程と、
前記液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度領域において、前記溶液から前記液晶性 溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記 電極の表面上に形成する工程と
を有する、第2の機能性分子素子の製造方法に係わるものである。
Further, a counter electrode in which a plurality of electrodes are arranged to face each other is formed, and a π-electron conjugated molecule in which a side chain portion is bonded to a skeleton portion having a substantially planar structure made of a π-electron conjugated system, Adsorbed molecules arranged so that the substantially planar structure of the skeletal portion is substantially parallel to the counter electrode by being adsorbed to the electrode in the side chain portion may be any of the counter electrodes. Also formed for
A structure including at least the molecule to be adsorbed and the counter electrode has a function of flowing a current in a direction crossing the substantially planar structure in accordance with a bias voltage applied between the counter electrodes;
A method for producing a functional molecular device, wherein a second functional molecular device having a remarkably different conductivity between when the bias voltage is applied in the forward direction and when applied in the reverse direction,
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In a temperature range where the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution, and the π-electron conjugated molecule layer is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks according to the concentration. And a step of forming the second functional molecular device.

また、本発明は、前記した第1の機能性分子素子の製造方法によって第1の機能性分子素子を作製する工程と、前記第1の機能性分子素子に電界を作用させて、少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる前記構造体を流れる前記電流を制御するための制御用電極を、前記構造体の積層方向に沿って設ける工程とを有する、機能性分子装置の製造方法に係わるものである。   The present invention also includes a step of producing a first functional molecular element by the above-described method for producing a first functional molecular element, and applying an electric field to the first functional molecular element, so that at least the target molecular element is produced. And a step of providing a control electrode for controlling the current flowing through the structure including an adsorbed molecule and the counter electrode along a stacking direction of the structure. Is.

また、前記の第1の機能性分子素子の製造方法によって作製した第1の機能性分子素子と、前記の第2の機能性分子素子の製造方法によって作製した第2の機能性分子素子とが、基板上に集積されている集積素子の製造方法であって、
前記基板の所定の位置に前記電極を形成する工程と、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節 して調製する工程と、
前記電極に前記溶液を接触させる工程と、
前記第1の機能性分子素子を形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液 晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、且つ、前記第2の機能性分子素子を 形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液晶性溶媒分子が液体相を形成す る温度に保ちつつ、前記溶液から前記液晶性溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分 子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記電極の表面上に形成する工程と
を有する、集積素子の製造方法に係わるものである。
Moreover, the 1st functional molecular element produced with the manufacturing method of the said 1st functional molecular element and the 2nd functional molecular element produced with the said manufacturing method of the said 2nd functional molecular element are the following. , A method of manufacturing an integrated device integrated on a substrate,
Forming the electrode at a predetermined position of the substrate;
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In the region where the first functional molecular element is formed, the temperature of the arranged solution is maintained at a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, and the second functional molecular element is In the region to be formed, the liquid crystal solvent molecules are evaporated from the solution while maintaining the temperature of the arranged solution at a temperature at which the liquid crystal solvent molecules form a liquid phase, and the molecular stacking according to the concentration is performed. And forming a layer of the π-electron conjugated molecule on the surface of the electrode.

本発明の第1及び第2の機能性分子素子の製造方法は、複数の電極が対向して配置された対向電極が形成されており、π電子共役系からなる略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してなるπ電子共役系分子が、前記側鎖部において前記電極に吸着されることによって、前記骨格部の前記略平面形構造が前記対向電極に対してほぼ平行になるように配置された被吸着分子が、前記対向電極のいずれに対しても形成され、
少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる構造体が、前記対向電極間に印 加されたバイアス電圧に応じて、前記略平面形構造に交差する方向に電流を流す機能を 有する
機能性分子素子の製造方法であって、それぞれ、室温で負性微分抵抗を示すバイアス電圧領域が存在する前記第1の機能性分子素子、および、前記バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が著しく異なる前記第2の機能性分子素子を製造する製造方法である。
In the first and second functional molecular element manufacturing methods of the present invention, a counter electrode in which a plurality of electrodes are arranged to face each other is formed, and a skeleton having a substantially planar structure made of a π-electron conjugated system The π-electron conjugated molecule formed by bonding the side chain to the electrode is adsorbed to the electrode in the side chain, so that the substantially planar structure of the skeleton is substantially parallel to the counter electrode. The adsorbed molecules arranged in such a manner are formed on any of the counter electrodes,
A functional molecule having a function of causing a current to flow in a direction intersecting the substantially planar structure in accordance with a bias voltage applied between the counter electrodes, at least in a structure including the adsorbed molecule and the counter electrode A method of manufacturing an element, wherein the first functional molecular element having a bias voltage region exhibiting negative differential resistance at room temperature, and the case where the bias voltage is applied in the forward direction and the reverse direction, respectively. This is a manufacturing method for manufacturing the second functional molecular element in which the conductivity is remarkably different when applied.

これらの機能性分子素子の製造方法によれば、前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節して調製する工程と、前記溶液を前記電極に接触させる工程と、前記液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度領域において、前記溶液から前記液晶性溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記電極の表面上に形成する工程とを有するので、前記被吸着分子の上に所定の積層数の前記π電子共役系分子層が積層された前記機能性分子素子を確実に得ることができる。   According to these functional molecular device manufacturing methods, a step of preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration, and contacting the solution with the electrode And evaporating the liquid crystalline solvent molecules from the solution in a temperature range where the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase, and forming the layer of the π-electron conjugated molecules with the number of molecular stacks according to the concentration. And the step of forming on the surface of the electrode, it is possible to reliably obtain the functional molecular element in which a predetermined number of π-electron conjugated molecular layers are stacked on the adsorbed molecules.

しかも、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、これら2種類の機能性分子は、同じ前記π電子共役系分子を構成材料として用い、同じ前記液晶性溶媒分子からなる溶媒を用いながら、前記溶液から前記液晶性溶媒分子を蒸発させる際の温度を、前記液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度とするか、または、前記液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度とするかによって簡易に作り分けることができることが判明した。これには、後述するように、液晶相及び液体相における前記π電子共役系分子の存在状態の違いが関わっているものと考えられる。   In addition, as a result of intensive studies by the inventor, these two types of functional molecules use the same π-electron conjugated molecule as a constituent material, while using a solvent composed of the same liquid crystalline solvent molecule, The temperature at the time of evaporating the liquid crystalline solvent molecules is easily determined depending on whether the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase or the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase. It turned out that it can be made separately. As described later, this is considered to be related to the difference in the existence state of the π-electron conjugated molecules in the liquid crystal phase and the liquid phase.

また、本発明の機能性分子装置の製造方法は、前記した第1の機能性分子素子の製造方法によって第1の機能性分子素子を作製するので、前記第1の機能性分子素子の製造方法と同様に、確実に第1の機能性分子素子からなる機能性分子装置を製造することができる。   Moreover, since the manufacturing method of the functional molecular device of this invention produces a 1st functional molecular element with the manufacturing method of an above described 1st functional molecular element, the manufacturing method of the said 1st functional molecular element Similarly to the above, it is possible to reliably manufacture a functional molecular device including the first functional molecular element.

また、本発明の集積素子の製造方法は、前記基板の所定の位置に前記電極を形成する工程と、前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節して調製する工程と、前記電極に前記溶液を接触させる工程とを有し、
前記第1の機能性分子素子を形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液 晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、且つ、前記第2の機能性分子素子を 形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液晶性溶媒分子が液体相を形成す る温度に保ちつつ、前記溶液から前記液晶性溶媒分子を蒸発させる
ので、前記基板上の前記溶液の温度を制御するだけで、同時に前記第1の機能性分子素子と前記第2の機能性分子素子とを作り分けることができる。
In the integrated device manufacturing method of the present invention, the concentration of the step of forming the electrode at a predetermined position of the substrate and the solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules are adjusted. And the step of bringing the solution into contact with the electrode,
In the region where the first functional molecular element is formed, the temperature of the arranged solution is maintained at a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, and the second functional molecular element is In the region to be formed, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution while keeping the temperature of the arranged solution at a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase. By simply controlling the temperature, the first functional molecular element and the second functional molecular element can be made separately at the same time.

本発明の第1の機能性分子素子の製造方法、及び第2の機能性分子素子の製造方法において、前記構造体の一部として、前記被吸着分子と同種のπ電子共役系分子又は/及び別種のπ電子共役系分子が、前記被吸着分子の前記骨格部に対し、前記骨格部における分子間π−πスタッキングによって一方向に積み重なった配列構造体が、前記対向電極間に形成されており、前記配列構造体の積層方向に電流を流す機能を有するのがよい。上記のように、前記配列構造体が前記分子間π−πスタッキングによって形成されていると、π電子間の相互作用によって効果的に前記配列構造体の積層方向に電流を流すことができる。   In the first functional molecular device manufacturing method and the second functional molecular device manufacturing method of the present invention, as a part of the structure, a π-electron conjugated molecule of the same kind as the adsorbed molecule or / and An array structure in which different types of π-electron conjugated molecules are stacked in one direction by intermolecular π-π stacking in the skeleton with respect to the skeleton of the adsorbed molecule is formed between the counter electrodes. It is preferable that a current flows in the stacking direction of the array structure. As described above, when the array structure is formed by the intermolecular π-π stacking, current can be effectively passed in the stacking direction of the array structure by the interaction between π electrons.

また、前記液晶性溶媒分子として、棒状の分子骨格をもち、その一方の端部に極性の大きな官能基を有する有機分子を用いるのがよい。この際、前記溶媒分子として、前記極性の大きな官能基がシアノ基である有機分子を用いるのがよく、また、シアノビフェニル類から選ばれた少なくとも1種を用いるのがよい。例えば、前記シアノビフェニル類として、4-ペンチル-4’-シアノビフェニルを用いるのがよい。   As the liquid crystalline solvent molecule, an organic molecule having a rod-like molecular skeleton and having a large polar functional group at one end thereof may be used. At this time, as the solvent molecule, an organic molecule in which the functional group having a large polarity is a cyano group is preferably used, and at least one selected from cyanobiphenyls is preferably used. For example, 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl may be used as the cyanobiphenyls.

また、前記π電子共役系分子として、前記側鎖部がフレキシブルな構造を有するπ電子共役系分子を用いるのがよい。このようであれば、前記側鎖部が前記電極上に吸着されやすくなり、前記電極との間の抵抗を減少させることができる。この前記側鎖部は、アルキル基、アルコキシ基、シラニル基、或いはアルキル基、アルコキシ基、又はシラニル基が結合した芳香族環からなるのがよい。   As the π-electron conjugated molecule, a π-electron conjugated molecule in which the side chain portion has a flexible structure is preferably used. If it is like this, the said side chain part will become easy to be adsorb | sucked on the said electrode, and resistance between the said electrodes can be reduced. The side chain portion may be composed of an alkyl group, an alkoxy group, a silanyl group, or an aromatic ring to which an alkyl group, an alkoxy group, or a silanyl group is bonded.

また、前記π電子共役系分子として、中心金属イオンとリニアテトラピロール誘導体との錯体を用いるのがよい。特に、亜鉛イオンを中心金属イオンとする錯体からなる前記配列構造体は、作用される電界の有無によって電導性が良好なONとOFFのスイッチング特性を示すのでトランジスタなどを作製することができる。前記中心金属イオンとしては、亜鉛イオン以外に銅イオンやニッケルイオンなどの遷移元素や典型元素の金属イオンを用いることができる。   As the π-electron conjugated molecule, a complex of a central metal ion and a linear tetrapyrrole derivative is preferably used. In particular, the array structure formed of a complex having zinc ions as a central metal ion exhibits excellent ON / OFF switching characteristics depending on the presence or absence of an applied electric field, so that a transistor or the like can be manufactured. As the central metal ions, transition elements such as copper ions and nickel ions and metal ions of typical elements can be used in addition to zinc ions.

また、少なくとも前記π電子共役系分子が、下記一般式(1)で表されるビラジエノン誘導体であるのがよい。
一般式(1):
(この一般式(1)において、R1、R2、R3、及びR4は、各々互いに独立した同一又は異なった、炭素数が3〜12のアルキル基である。)
Further, at least the π-electron conjugated molecule is preferably a biradienone derivative represented by the following general formula (1).
General formula (1):
(In this general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different alkyl groups having 3 to 12 carbon atoms, which are independent of each other.)

この際、R1、R2、R3、及びR4としては、炭素原子数3〜12であればよく、例えば−C1021、−C1225が挙げられる。このような炭素原子数を有する側鎖であれば、前記π電子共役系分子が結晶化することなしに電極上に良好に配向した状態で固定されると共に、合成も容易である。一方、炭素原子数が1又は2であると、前記π電子共役系分子が結晶化しやすくなり、液晶的な物性を示さなくなって配向不良を生じ易くなる。また、炭素原子数が13以上になると、かえって配向し難くなり、合成も困難となる。 At this time, R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 may have 3 to 12 carbon atoms, and examples thereof include —C 10 H 21 and —C 12 H 25 . With such a side chain having the number of carbon atoms, the π-electron conjugated molecule is fixed in a well-oriented state on the electrode without crystallization, and the synthesis is easy. On the other hand, when the number of carbon atoms is 1 or 2, the π-electron conjugated molecule is easily crystallized, and does not exhibit liquid crystal properties and easily causes orientation failure. On the other hand, when the number of carbon atoms is 13 or more, the orientation becomes difficult and the synthesis becomes difficult.

本発明の機能性分子装置の製造方法において、前記制御用電極上にゲート絶縁層を設け、この絶縁層上にソース電極とドレイン電極とを前記対向電極として形成し、少なくともこれらのソース電極とドレイン電極との間に前記構造体を配し、機能性分子装置として絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造するのがよい。   In the method for producing a functional molecular device of the present invention, a gate insulating layer is provided on the control electrode, and a source electrode and a drain electrode are formed on the insulating layer as the counter electrode, and at least the source electrode and the drain are formed. It is preferable to manufacture the insulated gate field effect transistor as a functional molecular device by arranging the structure body between the electrodes.

本発明の集積素子の製造方法において、前記第1の機能性分子素子によって、前記機能性分子装置を構成するのがよい。   In the integrated element manufacturing method of the present invention, it is preferable that the functional molecular device is constituted by the first functional molecular element.

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

実施の形態1
実施の形態1では、主として、請求項1に対応する第1の機能性分子素子の製造方法の例、および請求項13に対応する第2の機能性分子素子の製造方法の例について説明する。
Embodiment 1
In the first embodiment, an example of a method for manufacturing a first functional molecular element corresponding to claim 1 and an example of a method for manufacturing a second functional molecular element corresponding to claim 13 will be mainly described.

<π電子共役系分子の選択>
図8(a)は、本発明の実施の形態1において、前記配列構造体4を構成するπ電子共役系分子1の、分子構造の一例を示す構造式である。図8(b)は、図8(a)に示したπ電子共役系分子1の、主として略円盤状骨格部2の立体構造を示すための模式図である。図8(b)中、骨格部2を形成している金属イオンM、窒素原子、炭素原子、および酸素原子は球として示されており、水素原子は図示省略され、側鎖部3はごく簡単に省略して示されている。
<Selection of π-electron conjugated molecules>
FIG. 8A is a structural formula showing an example of the molecular structure of the π-electron conjugated molecule 1 constituting the array structure 4 in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 8B is a schematic diagram for mainly showing the three-dimensional structure of the substantially disc-like skeleton part 2 of the π-electron conjugated molecule 1 shown in FIG. In FIG. 8B, the metal ions M, nitrogen atoms, carbon atoms, and oxygen atoms forming the skeleton 2 are shown as spheres, the hydrogen atoms are not shown, and the side chain 3 is very simple. Are omitted.

図8(a)および(b)に示すように、π電子共役系分子1の骨格部2は、ビラジエノン(詳しくは、4,9−ビラジエン−1−オン)を基本構造としている。ビラジエノンは、開環したポルフィリン環に相当する構造を有するリニアテトラピロールの1種である。骨格部2は、π電子共役系によってポルフィリン様のリジッドな略平面形構造を形成しているが、開環したポルフィリン環の開裂部に2つのカルボニル基(C=O基)が形成され、これらが対向し合っているため、平面形から少しねじれ、フレキシビリティを残したらせん巻きの略円盤状の形状になっている。略円盤状構造の中心部にあるMは、亜鉛イオンなどの金属イオンであり、機能性分子素子がスイッチング特性を示すためには有用である。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the skeleton 2 of the π-electron conjugated molecule 1 has a basic structure of biradienone (specifically, 4,9-biradien-1-one). Biradienone is a kind of linear tetrapyrrole having a structure corresponding to a ring-opened porphyrin ring. The skeleton 2 has a porphyrin-like rigid, substantially planar structure formed by a π-electron conjugated system, but two carbonyl groups (C═O groups) are formed at the cleaved portion of the opened porphyrin ring. Since they are facing each other, they are twisted slightly from the plane shape, and have a substantially disk shape that spirals to leave flexibility. M at the center of the substantially disk-like structure is a metal ion such as zinc ion, which is useful for the functional molecular device to exhibit switching characteristics.

π電子共役系分子1は、上記骨格部2に、p−アルキルフェニル基からなる側鎖部3が結合して形成されている。側鎖部3は、C−C軸まわりの分子内回転によってフレキシブルな鎖状構造を形成している。   The π-electron conjugated molecule 1 is formed by bonding a side chain portion 3 made of a p-alkylphenyl group to the skeleton portion 2. The side chain portion 3 forms a flexible chain structure by intramolecular rotation around the CC axis.

<機能性分子素子の構造>
図9(a)は、実施の形態1に基づく、機能性分子素子10の構造をモデル的に示す概略図であり、図1(b)は、分子素子10を構成する配列構造体4の第1層のπ電子共役系分子1(電極表面に吸着されている前記被吸着分子9)の、電極に対する配向構造を示す説明図である。
<Structure of functional molecular element>
FIG. 9A is a schematic diagram schematically showing the structure of the functional molecular element 10 based on the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic diagram of the array structure 4 constituting the molecular element 10. It is explanatory drawing which shows the orientation structure with respect to the electrode of 1 layer (pi) electron conjugated system molecule | numerator 1 (the said to-be-adsorbed molecule | numerator 9 adsorb | sucked to the electrode surface).

図9(a)は、略円盤状の骨格部2を有するπ電子共役系分子1が、ナノスケールのギャップをもつ、例えば金からなる2つの電極5および6の間に、その円盤面を電極5および6の表面に平行に配向させて一方向に配列し、カラム状配列構造体4を形成した機能性分子素子10を示している。   FIG. 9A shows an example in which a π-electron conjugated molecule 1 having a substantially disc-shaped skeleton 2 has a disk surface between two electrodes 5 and 6 having a nanoscale gap, for example, made of gold. A functional molecular element 10 in which a columnar array structure 4 is formed by aligning in parallel with the surfaces of 5 and 6 and arranging in one direction is shown.

従来から、π電子共役系分子1のように、リジッドな円盤または略円盤状の骨格部を有するπ電子共役系分子を用いて配列構造体を形成すると、各分子の円盤または略円盤状の骨格部はπ-π電子相互作用によって互いに平行に(face-to-faceに対向するように)スタックし、π電子はスタックした骨格部の間に非局在化することが知られている。特に、長鎖(炭素数6以上)のアルキル基側鎖を有する分子(ディスコティック液晶など)の場合には、π電子共役系分子はカラム状に積層され、積層方向に高い導電性を示すことができる(Y. Shimizu,T. Higashiyama and T. Fuchita,“Photoconduction of a mesogenic long-chain tetraphenylporphyrin in a symmetrical sandwich-type cell”,Thin Solid Films,331 (1998),279-284参照。)。   Conventionally, when an array structure is formed using a rigid disc or a π-electron conjugated molecule having a substantially disc-like skeleton, such as the π-electron conjugated molecule 1, a disc or a substantially disc-like skeleton of each molecule is formed. It is known that parts are stacked parallel to each other by π-π electron interaction (so as to face-to-face), and π electrons are delocalized between the stacked skeleton parts. In particular, in the case of a molecule having a long-chain (6 or more carbon atoms) alkyl group side chain (such as a discotic liquid crystal), the π-electron conjugated molecules are stacked in a column shape and exhibit high conductivity in the stacking direction. (See Y. Shimizu, T. Higashiyama and T. Fuchita, “Photoconduction of a mesogenic long-chain tetraphenylporphyrin in a symmetrical sandwich-type cell”, Thin Solid Films, 331 (1998), 279-284).

また、円盤または略円盤状の骨格部の中心付近に金属イオンを配位させていてもよいとされている(Y. Shimizu,“Phtoconductivity of Discotic Liquid Crystals: a Mesogenic Long-Chain Tetraphenylporphyrin and Its Metal Complexes”,Molecular Crystals and Liquid Crystals,370 (2001),83-91、S.T.Trzaska,H-F.Hsu and T.M.Swager,“Cooperative Chirality in Columnar Liquid Crystals:Studies of Fluxional Octahedral Metallomesogens”,J. Am. Chem. Soc.,121 (1999),4518-4519、及び、清水 洋,“カラムナー液晶 その多様な分子構造と分子間相互作用”,液晶,6 (2002),147-159参照。)。   It is also said that metal ions may be coordinated near the center of a disc or a substantially disc-shaped skeleton (Y. Shimizu, “Phtoconductivity of Discotic Liquid Crystals: a Mesogenic Long-Chain Tetraphenylporphyrin and Its Metal Complexes. ", Molecular Crystals and Liquid Crystals, 370 (2001), 83-91, STTrzaska, HF. Hsu and TMSwager," Cooperative Chirality in Columnar Liquid Crystals: Studies of Fluxional Octahedral Metallomesogens ", J. Am. Chem. Soc. , 121 (1999), 4518-4519, and Hiroshi Shimizu, “Columnar Liquid Crystals and Their Various Molecular Structures and Intermolecular Interactions”, Liquid Crystals, 6 (2002), 147-159).

上記のように、リニアテトラピロールなどの略円盤状のπ電子共役系分子がπ-πスタッキングして形成された配列構造体の機能の一例として、積層方向に電子の流れを通すパイプ(channel chain)としての機能が考えられる。通常の導電性鎖状分子に比べて、電流通路の径が大きく、電流を多く流すことが可能であり、太陽電池の電子チャンネルとして利用するような研究が活発である。   As an example of the function of the array structure formed by π-π stacking of substantially disc-shaped π-electron conjugated molecules such as linear tetrapyrrole as described above, a pipe that allows the flow of electrons in the stacking direction (channel chain) ) Can be considered. Compared to ordinary conductive chain molecules, the diameter of the current path is large and a large amount of current can flow, and research is actively conducted to use it as an electronic channel of a solar cell.

ただし、上記の配列構造体を導電体として用いる場合、図9(a)に示すように、電流を流そうとする方向(電極5と電極6とを結ぶ方向)に配列構造体4の積層方向を一致させ、かつ、電極5および6における接触抵抗が小さくなるように、配列構造体4の端部が電極5および6の表面に密着するように配置することが必要である。   However, in the case where the above array structure is used as a conductor, as shown in FIG. 9A, the stacking direction of the array structure 4 in the direction in which a current is to flow (direction in which the electrode 5 and the electrode 6 are connected). And the ends of the array structure 4 need to be arranged so as to be in close contact with the surfaces of the electrodes 5 and 6 so that the contact resistance of the electrodes 5 and 6 is reduced.

配列構造体を構成するπ電子共役系分子として側鎖のない分子を用いると、電極表面上での吸着状態を制御して、円盤面を選択的に電極表面に平行に配向させる作用を有する基が存在しないため、電極表面に対するπ電子共役系分子の配向や分子の積層方向を制御することができない。   When molecules without side chains are used as the π-electron conjugated molecules that make up the array structure, a group that controls the adsorption state on the electrode surface and selectively orients the disk surface parallel to the electrode surface. Therefore, the orientation of the π-electron conjugated system molecule relative to the electrode surface and the stacking direction of the molecules cannot be controlled.

そこで、本実施の形態では、π電子共役系分子として、図8(a)に示したフレキシブルな側鎖部3を有するπ電子共役系分子1を用いる。そして、π電子共役系分子1の濃度を適切に調節したπ電子共役系分子1の溶液を調製し、この溶液をキャスト法などの塗布法などで電極5または6に被着させ、溶液から溶媒を蒸発させた後、必要ならアニール処理を施し、前記被吸着分子である被吸着分子9を電極5または6の表面に密着させて配置し、この被吸着分子9の上にπ-πスタッキングによってπ電子共役系分子を積み重ね、配列構造体4を形成する。ここで積層するπ電子共役系分子は、π電子共役系分子1に対してπ-πスタッキングを形成できる分子であること以外に特に制限はない。図9(a)には、π電子共役系分子1と同種の分子を積層する例を示したが、前記別種のπ電子共役系分子を積層してもよい。   Therefore, in this embodiment, the π-electron conjugated molecule 1 having the flexible side chain portion 3 shown in FIG. 8A is used as the π-electron conjugated molecule. Then, a solution of the π-electron conjugated molecule 1 in which the concentration of the π-electron conjugated molecule 1 is appropriately adjusted is prepared, and this solution is applied to the electrode 5 or 6 by a coating method such as a cast method, and the solvent is removed from the solution. Is evaporated, if necessary, an annealing treatment is performed, and the adsorbed molecule 9 as the adsorbed molecule is placed in close contact with the surface of the electrode 5 or 6, and π-π stacking is performed on the adsorbed molecule 9. π-electron conjugated molecules are stacked to form an array structure 4. The π-electron conjugated molecule to be laminated here is not particularly limited except that it can form π-π stacking with respect to the π-electron conjugated molecule 1. Although FIG. 9A shows an example in which the same kind of molecules as the π-electron conjugated molecule 1 is laminated, the other kind of π-electron conjugated molecule may be laminated.

この際、図9(b)に示すように、配列構造体4の第1層を形成するπ電子共役系分子1(被吸着分子9)は、フレキシブルな側鎖部3が電極5(または6)の表面に吸着され、この結果、骨格部2の略円盤面が電極5(または6)の表面にほぼ平行に密着するように固定されることが重要である。このため、骨格部2のπ電子が電極上に非局在化することができ、配列構造体4と電極5(または6)との界面での接触抵抗が小さく抑えられる。   At this time, as shown in FIG. 9B, in the π-electron conjugated molecule 1 (adsorbed molecule 9) forming the first layer of the array structure 4, the flexible side chain portion 3 has the electrode 5 (or 6). ), And as a result, it is important that the substantially disk surface of the skeleton 2 is fixed so as to be in close contact with the surface of the electrode 5 (or 6). For this reason, the π electrons of the skeleton part 2 can be delocalized on the electrode, and the contact resistance at the interface between the array structure 4 and the electrode 5 (or 6) can be kept small.

また、配列構造体4の第2層以後の分子層の積層方向は、電極面に平行に配置された、被吸着分子9の骨格部2の略円盤面を基準として、下層分子層の骨格部の略円盤面の上に、上層分子層の骨格部の略円盤面が平行に重なるように、π-π相互作用によって制御される。配列構造体4は、π電子間の相互作用によって効果的に積層方向に電流を流すことができる。   In addition, the stacking direction of the molecular layers after the second layer of the array structure 4 is set so that the skeleton portion of the lower molecular layer is based on the substantially disk surface of the skeleton portion 2 of the adsorbed molecule 9 arranged parallel to the electrode surface. It is controlled by the π-π interaction so that the substantially disk surface of the skeleton of the upper molecular layer overlaps the substantially disk surface of the upper molecular layer in parallel. The array structure 4 can effectively pass a current in the stacking direction by the interaction between π electrons.

以上のようにして、電極との界面での接触抵抗が非常に小さく、配列構造体4の積層方向(電流を流す方向)が制御された、堅牢な機能性分子素子10を得ることができる。   As described above, it is possible to obtain a robust functional molecular element 10 in which the contact resistance at the interface with the electrode is very small and the stacking direction of the array structure 4 (the direction in which current flows) is controlled.

<本実施の形態で用いるπ電子共役系分子の特徴>
従来、長いアルキル鎖を有するディスク形状の分子を用いて、分子スイッチを作製する多くの試みがなされてきた。この際、ディスク形状の分子として、ポルフィリン、フタロシアニン( S. Cherian, C. Donley, D. Mathine, L. LaRussa, W. Xia, N. Armstrong, J. Appl. Phys., 96, 5638(2004)、および、A. M. van de Craats, N. Stutzmann, O. Bunk, M. M. Nielsen, M. Watson, K. Mullen, H. D. Chanzy, H. Sirringhaus, R. H. Friend, Adv. Mater.,(Weinheim, Ger.), 15, 495(2003))、および、ヘキサベンゾコロネン( J. Wu, M. D. Watson, K. Muellen, Angew. Chem., Int. Ed., 42, 5329(2003))が用いられ、これらの化合物が有する、自己組織化によって集合を形成する性質が注目されている。
<Characteristics of π-electron conjugated molecule used in this embodiment>
Conventionally, many attempts have been made to fabricate molecular switches using disk-shaped molecules having long alkyl chains. At this time, porphyrin, phthalocyanine (S. Cherian, C. Donley, D. Mathine, L. LaRussa, W. Xia, N. Armstrong, J. Appl. Phys., 96, 5638 (2004) AM van de Craats, N. Stutzmann, O. Bunk, MM Nielsen, M. Watson, K. Mullen, HD Chanzy, H. Sirringhaus, RH Friend, Adv. Mater., (Weinheim, Ger.), 15 , 495 (2003)) and hexabenzocoronene (J. Wu, MD Watson, K. Muellen, Angew. Chem., Int. Ed., 42, 5329 (2003)), and these compounds have The property of forming a set by self-organization is attracting attention.

上記の化合物が対称で完全にリジッドな中心骨格構造をもっているのに対し、図8を用いて説明したように、π電子共役系分子7の中心骨格構造は非対称で、メソ位置にあるsp混成軌道を有する炭素のところでπ電子系が不連続になっており、フレキシビリティを有するらせん形のコンフォメーションをとっている(参考文献:G. Struckmeier, U. Thewalt, J. H. Fuhrhop, J. Am. Chem. Soc.,98, 278(1976)、J. A. S. Cavaleiro, M. J. E. Hewlins, A. H. Jackson, M. G. P. M. S. Neves, Tetrahedron Lett.,33, 6871(1992)、T. Mizutani, S. Yagi, A. Honmaru, H. Ogoshi, J. Am. Chem. Soc.,118, 5318(1996)、L. Latos-Grazynski, J. Johnson, S. Attar, M. M. Olmstead, A. L. Balch, Inorg. Chem.,37, 4493,(1998)、J. A. Johnson, M. M. Olmstead, A. L. Balch, Inorg. Chem.,38, 5379(1999)、T. Mizutani, S. Yagi, J. Porphyrins and Phthalocyanines,8, 226(2004)参照。)。 While the above compound has a symmetric and completely rigid central skeleton structure, as explained with reference to FIG. 8, the central skeleton structure of the π-electron conjugated molecule 7 is asymmetric and sp 3 hybridized at the meso position. The π-electron system is discontinuous at orbital carbon and has a flexible helical conformation (reference: G. Struckmeier, U. Thewalt, JH Fuhrhop, J. Am. Chem). Soc., 98, 278 (1976), JAS Cavaleiro, MJE Hewlins, AH Jackson, MGPMS Neves, Tetrahedron Lett., 33, 6871 (1992), T. Mizutani, S. Yagi, A. Honmaru, H. Ogoshi, J. Am. Chem. Soc., 118, 5318 (1996), L. Latos-Grazynski, J. Johnson, S. Attar, MM Olmstead, AL Balch, Inorg. Chem., 37, 4493, (1998), JA Johnson, MM Olmstead, AL Balch, Inorg. Chem., 38, 5379 (1999), T. Mizutani, S. Yagi, J. Porphyrins and Phthalocyanines, 8, 226 (2004)).

同様の構造を有するリニアテトラピロールが光受容体タンパク質中に見出されていることから、ビラジエノンは、そのフレキシブルなコンフォメーションを利用して、スイッチング素子に応用できるのではないかと期待される(上記参考文献参照。)。   Since linear tetrapyrrole having a similar structure has been found in photoreceptor proteins, biradienone is expected to be applicable to switching elements by utilizing its flexible conformation (see above). See references).

<機能性分子素子の作製>
図1は、実施の形態1に基づく第1の機能性分子素子の製造方法、および第2の機能性分子素子の製造方法を示すフロー図である。
<Production of functional molecular device>
FIG. 1 is a flowchart showing a first functional molecular device manufacturing method and a second functional molecular device manufacturing method based on the first embodiment.

この製造方法では、まず、π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節して調製する。π電子共役系分子としては、図2(a)に示すビラジエノン系分子を用いる。この分子は、フレキシブルな側鎖部3として、パラ位にドデシル基−C1225が結合したフェニル基を有するビラジエノン誘導体の亜鉛錯体(以下、ビラジエノンと略称する。)である。液晶性溶媒分子としては、図2(b)に示す4−ペンチル−4’−シアノビフェニル(5CB)などを用いる。 In this production method, first, a solution in which π-electron conjugated molecules are dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules is prepared by adjusting the concentration. As the π-electron conjugated molecule, a biradienone molecule shown in FIG. This molecule is a zinc complex of a biradienone derivative having a phenyl group having a dodecyl group —C 12 H 25 bonded to the para position as the flexible side chain portion 3 (hereinafter, abbreviated as biradienone). As the liquid crystalline solvent molecule, 4-pentyl-4′-cyanobiphenyl (5CB) shown in FIG.

次に、この溶液を対向電極に接触するように配置する。   Next, this solution is placed in contact with the counter electrode.

次に、溶液から液晶性溶媒分子を蒸発させ、溶液の濃度に応じた分子積層数でπ電子共役系分子の層を電極の表面上に形成する。このように形成することによって、被吸着分子の上に所定の積層数のπ電子共役系分子層が積層された機能性分子素子を確実に得ることができる。   Next, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution, and a layer of π-electron conjugated molecules is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks corresponding to the concentration of the solution. By forming in this way, a functional molecular element in which a predetermined number of stacked π-electron conjugated molecular layers are stacked on adsorbed molecules can be reliably obtained.

この際、溶液から液晶性溶媒分子を蒸発させる際の温度を、第1の機能性分子素子の製造方法に基づき、液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度とするか、または、第2の機能性分子素子の製造方法に基づき、液体相を形成する温度とするかによって、第1の機能性分子素子と第2の機能性分子素子とを簡易に作り分けることができる。これには、液晶相および液体相における前記π電子共役系分子の存在状態の違い、すなわち、液晶状態の5CB中では、ビラジエノンは2量体として存在し、液体状態の5CB中では、ビラジエノンは単量体で存在することが関わっているものと考えられる。以下、この点について説明する。   At this time, the temperature at which the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution is set to a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase based on the method for producing the first functional molecular element, or the second Based on the manufacturing method of the functional molecular element, the first functional molecular element and the second functional molecular element can be easily made separately depending on whether the temperature is set to form a liquid phase. This is because the difference in the existence state of the π-electron conjugated molecules in the liquid crystal phase and the liquid phase, that is, in the liquid crystal state 5CB, biradienone exists as a dimer, and in the liquid state 5CB, biradienone is a simple substance. It is thought that it exists as a mer. Hereinafter, this point will be described.

<ビラジエノンを5CBに溶解させた溶液の液晶性の検討>
5CBはネマチック相を形成することのできる液晶性分子である(液晶−液体相転移温度は約35℃である。)。ビラジエノンが添加された5CBがどのような液晶性を示すのかを調べるため、25℃および50℃においてビラジエノンの5CB溶液を偏光顕微鏡によって観察した。この溶液の濃度は3.9×10-3Mである。
<Examination of liquid crystallinity of a solution in which biradienone is dissolved in 5CB>
5CB is a liquid crystal molecule capable of forming a nematic phase (liquid crystal-liquid phase transition temperature is about 35 ° C.). In order to examine the liquid crystal properties of 5CB added with biradienone, a 5CB solution of biradienone was observed with a polarizing microscope at 25 ° C. and 50 ° C. The concentration of this solution is 3.9 × 10 −3 M.

図3は、その結果を示す写真である。図3(a)は、25℃における観察像であり、シュリーレンテクスチャが見られたことから、5CB由来のネマチック相であることが確認できる。図3(b)は、50℃における観察像であり、シュリーレンテクスチャが見られないことから、等方性液体であることが確認できる。これらのことから、ビラジエノンを5CBに添加した場合でも、25℃から50℃への温度変化によって液晶−液体相転移が起こることがわかる。   FIG. 3 is a photograph showing the result. FIG. 3A is an observation image at 25 ° C., and a schlieren texture was observed, so that it can be confirmed to be a nematic phase derived from 5CB. FIG.3 (b) is an observation image in 50 degreeC, and since a schlieren texture is not seen, it can confirm that it is an isotropic liquid. From these facts, it is understood that even when biradienone is added to 5CB, a liquid crystal-liquid phase transition occurs due to a temperature change from 25 ° C. to 50 ° C.

<5CB溶液中のビラジエノンの存在状態>
液晶状態の5CB中では、ビラジエノンは主として2量体として存在し、液体状態の5CB中では、ビラジエノンは主として単量体で存在する。これは下記の実験によって明らかにされている(Kita, K.; Tokuoka, T.; Monno, E.; Yagi, S.; Nakazumi, H.; Mizutani, T. Tetrahedron Lett. (2006), 47, 1533参照。)。
<Existence state of viradienone in 5CB solution>
In 5CB in the liquid crystal state, biradienone exists mainly as a dimer, and in 5CB in the liquid state, biradienone exists mainly as a monomer. This is demonstrated by the following experiment (Kita, K .; Tokuoka, T .; Monno, E .; Yagi, S .; Nakazumi, H .; Mizutani, T. Tetrahedron Lett. (2006), 47, (See 1533.)

溶液中のビラジエノンは、下記の反応式で示すように2量体と単量体とが平衡状態で存在する。
反応(1):
(ビラジエノン)2 ⇔ 2ビラジエノン
1 = [ビラジエノン]2/[(ビラジエノン)2
但し、式中、(ビラジエノン)2はビラジエノンの2量体を表し、K1は反応(1)の平衡定数であり、[ ]は括弧内の成分のモル濃度を表すものとする。
As for biradienone in a solution, a dimer and a monomer exist in an equilibrium state as shown in the following reaction formula.
Reaction (1):
(Viradienone) 2 ⇔ 2 Viradienone K 1 = [Biradienone] 2 / [(Biradienone) 2 ]
In the formula, (biladienone) 2 represents a dimer of biradienone, K 1 represents the equilibrium constant of reaction (1), and [] represents the molar concentration of the component in parentheses.

反応(1)の平衡が圧倒的に2量体側に偏っている場合には、上記の平衡関係から各成分の濃度は近似的に次式で与えられる。
[(ビラジエノン)2] = C/2
[ビラジエノン] = (K1C/2)1/2
但し、式中、Cはビラジエノン溶液のモル濃度である。
When the equilibrium of reaction (1) is overwhelmingly biased toward the dimer, the concentration of each component is approximately given by the following equation from the above equilibrium relationship.
[(Biradienone) 2 ] = C / 2
[Viradienone] = (K 1 C / 2) 1/2
However, in the formula, C is the molar concentration of the viradienone solution.

逆に、反応(1)の平衡が圧倒的に単量体側に偏っている場合には、2量体の濃度を無視して、単量体の濃度は近似的に次式で与えられる。
[ビラジエノン] = C
Conversely, when the equilibrium of reaction (1) is overwhelmingly biased toward the monomer, the monomer concentration is approximately given by the following equation, ignoring the dimer concentration.
[Viradienone] = C

一方、単量体は脱水反応(2)によって無水物を生成するが、2量体から無水物が生成する反応はない。
反応(2):
ビラジエノン → 無水物 + H2
従って、無水物が生成する速度をVとすると、Vは次式で与えられる。
V = k2[ビラジエノン]
但し、式中、k2は反応(2)の反応速度定数である。
On the other hand, the monomer produces an anhydride by dehydration reaction (2), but there is no reaction in which an anhydride is produced from the dimer.
Reaction (2):
Viradienone → Anhydride + H 2 O
Therefore, if the rate of anhydride formation is V, V is given by
V = k 2 [biradienone]
In the formula, k 2 is the reaction rate constant of the reaction (2).

以上から、反応(1)の平衡が圧倒的に2量体側に偏っている場合には、Vは近似的に次式で与えられる。
V = k2(KC/2)1/2 = k2(K/2)1/21/2
これに対して、反応(1)の平衡が圧倒的に単量体側に偏っている場合には、Vは近似的に次式で与えられる。
V = k2
From the above, when the equilibrium of reaction (1) is overwhelmingly biased toward the dimer, V is approximately given by the following equation.
V = k 2 (KC / 2) 1/2 = k 2 (K / 2) 1/2 C 1/2
On the other hand, when the equilibrium of reaction (1) is overwhelmingly biased toward the monomer, V is approximately given by the following equation.
V = k 2 C

上記のように、反応(1)の平衡が圧倒的に2量体側に偏っている場合と、圧倒的に単量体側に偏っている場合とでは、無水物の生成速度Vのビラジエノン溶液の濃度Cに対する依存性が異なる。従って、VとCとの関係を調べることによって、溶液中のビラジエノンの会合に関する情報を得ることができる。   As described above, when the equilibrium of reaction (1) is overwhelmingly biased toward the dimer side and overwhelmingly biased toward the monomer side, the concentration of the biradienone solution having an anhydride generation rate V The dependency on C is different. Therefore, by examining the relationship between V and C, information on the association of viradienone in the solution can be obtained.

図4は、無水物の生成速度Vの初速度の対数を、ビラジエノン溶液の濃度Cの初期値の対数に対して図示したグラフであり、グラフの傾きがVのCに対する依存性を表している。図4(a)は液晶状態の5CB中における結果であり、図4(b)は液体状態の5CB中における結果である。図4(a)のグラフの傾きが、図4(b)のグラフの傾きの1/2であることから、液晶状態の5CB中では、ビラジエノンの圧倒的に多くが2量体として存在し、液体状態の5CB中では、ビラジエノンの圧倒的に多くが単量体で存在することがわかる。なお、THF中ではビラジエノンは単量体で存在する。また、ビラジエノンが2量体で存在する溶媒としてトルエンが知られている。   FIG. 4 is a graph illustrating the logarithm of the initial rate of the anhydride formation rate V with respect to the logarithm of the initial value of the concentration C of the biradienone solution, and the slope of the graph represents the dependence of V on C. . FIG. 4A shows the result in 5CB in the liquid crystal state, and FIG. 4B shows the result in 5CB in the liquid state. Since the slope of the graph of FIG. 4 (a) is ½ of the slope of the graph of FIG. 4 (b), in the 5CB liquid crystal state, an overwhelmingly large amount of viradienone exists as a dimer, In 5CB in the liquid state, it can be seen that an overwhelmingly large amount of biradienone exists as a monomer. In THF, biradienone exists as a monomer. In addition, toluene is known as a solvent in which biradienone is present as a dimer.

<5CBの液晶−液体相転移によるビラジエノンの会合状態の制御の仕組み>
上記のように、ビラジエノンの5CB溶液の温度を制御することによって、5CB溶液の液晶−液体相転移を制御し、これによって溶液中のビラジエノンの会合状態を制御することができる。
<Mechanism for controlling the association state of viradienone by 5CB liquid crystal-liquid phase transition>
As described above, by controlling the temperature of the 5CB solution of biradienone, the liquid crystal-liquid phase transition of the 5CB solution can be controlled, and thereby the association state of biradienone in the solution can be controlled.

液晶状態の5CBはネマチック相であり、本研究のように配向処理を行っていない場合には、多数の異方性ドメインからなる。よって、液晶状態の5CB分子は、等方性の液体状態の5CBに比べて、水素結合や配位結合などによってビラジエノンに溶媒和する働きが弱い。この結果、ビラジエノン同士の会合を解離させる働きが弱く、液晶状態の5CB中では2量体が生成しやすくなると考えられる。   5CB in the liquid crystal state is a nematic phase, and is composed of a large number of anisotropic domains when alignment treatment is not performed as in this study. Therefore, 5CB molecules in a liquid crystal state have a weaker function of solvating to biradienone by hydrogen bonds, coordination bonds, or the like than 5CB in an isotropic liquid state. As a result, it is considered that the function of dissociating associations between biradienones is weak and dimers are likely to be formed in 5CB in a liquid crystal state.

2量体から単量体への解離が単なる温度変化によるものである可能性は、直ちには否定できないが、例えばトルエン中で形成された2量体は50℃以上においても維持されることから、このような可能性は考えにくい。   The possibility that the dissociation from the dimer to the monomer is simply due to a temperature change cannot be denied immediately. For example, the dimer formed in toluene is maintained even at 50 ° C. or higher. Such a possibility is unlikely.

<機能性分子素子の作製の一例>
図5(a)は、基板上に形成された機能性分子素子10の断面図である。ビラジエノンからなる第1の機能性分子素子または第2の機能性分子素子10は、5CBを溶媒とする濃度2mMの溶液から、下記のようにして作製する。
<Example of fabrication of functional molecular device>
FIG. 5A is a cross-sectional view of the functional molecular element 10 formed on the substrate. The first functional molecular element or the second functional molecular element 10 made of biradienone is prepared as follows from a 2 mM concentration solution using 5CB as a solvent.

まず、ビラジエノンは、対応する中心金属イオンのないビラジエノンを、酢酸亜鉛と反応させて合成する。中心金属イオンのないビラジエノンは、文献( T. Yamauchi,T. Mizutani,K. Wada,S. Horii,H. Furukawa,S. Masaoka,H.-C. Chang,S. Kitagawa,Chem. Commun.,1309(2005))に記載されている方法に従って合成する。   First, biradienone is synthesized by reacting biradienone without a corresponding central metal ion with zinc acetate. Viradienone without a central metal ion has been described in the literature (T. Yamauchi, T. Mizutani, K. Wada, S. Horii, H. Furukawa, S. Masaoka, H.-C. Chang, S. Kitagawa, Chem. Commun., 1309 (2005)).

次に、図5(a)に示すように、ドープされたシリコン基板11を用意し、その表面に厚さ70nmの酸化シリコンSiO2層からなる絶縁層12を形成する。シリコン基板11はゲート電極を兼ねており、酸化シリコン絶縁層はゲート絶縁膜12として機能する。 Next, as shown in FIG. 5A, a doped silicon substrate 11 is prepared, and an insulating layer 12 made of a silicon oxide SiO 2 layer having a thickness of 70 nm is formed on the surface thereof. The silicon substrate 11 also serves as a gate electrode, and the silicon oxide insulating layer functions as the gate insulating film 12.

次に、厚さ5nmのクロムCr層と、厚さ20nmの金Au層を積層して形成し、電子ビームリソグラフィによって16nmのギャップを有する対向電極5および6を形成する。図5(b)は、電極5および6の電子顕微鏡写真である。図5(a)は、図5(b)に5A−5A線で示した位置における断面図である。   Next, a chromium Cr layer having a thickness of 5 nm and a gold Au layer having a thickness of 20 nm are stacked, and the counter electrodes 5 and 6 having a gap of 16 nm are formed by electron beam lithography. FIG. 5B is an electron micrograph of the electrodes 5 and 6. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line 5A-5A in FIG.

次に、溶液1μLを対向電極間のギャップの位置に滴下する。このまま7日間保存し、その後、第1の機能性分子素子を作製する場合には、5CB溶液が液晶状態をとる温度に保ちながら、また、第2の機能性分子素子を作製する場合には、5CB溶液が液体状態をとる温度に保ちながら、真空下において5CB分子を蒸発させ、機能性分子素子から5CB分子を除去する。   Next, 1 μL of the solution is dropped at the position of the gap between the counter electrodes. If the first functional molecular device is stored for 7 days, and then the first functional molecular device is manufactured, the 5CB solution is maintained at a temperature at which the liquid crystal state is obtained. While maintaining the temperature at which the 5CB solution takes a liquid state, the 5CB molecules are evaporated under vacuum to remove the 5CB molecules from the functional molecular device.

<電気的測定>
これら第1の機能性分子素子または第2の機能性分子素子10は、電気的測定を行う前に、ビラジエノン分子に所定の配向状態をとらせるための前処理として、−2Vから+2Vまでのバイアス電圧を2時間以上をかけて印加する。この際、ビラジエノン分子を所定の配向状態に導くためには、印加するバイアス電圧を50mVずつ増加させていくのが重要である。そこで、初めに−2Vのバイアス電圧を印加し、1ステップにつき50mVずつバイアス電圧を増加させ、80ステップ後に+2Vのバイアス電圧になるようにする。
<Electrical measurement>
These first functional molecular elements 10 or second functional molecular elements 10 are biased from −2 V to +2 V as pre-processing for causing the biradienone molecules to take a predetermined orientation before electrical measurement. The voltage is applied over 2 hours. At this time, it is important to increase the applied bias voltage by 50 mV in order to lead the biradienone molecules to a predetermined alignment state. Therefore, a bias voltage of −2V is first applied, the bias voltage is increased by 50 mV per step, and a bias voltage of + 2V is obtained after 80 steps.

図5(a)に示した機能性分子素子10の電気的測定には、ナノプローブシステム(Nagase Electronic Equipments Service Co., Ltd. BCT-11MDC-4K)を備えた半導体パラメータ解析装置(Agilent 4156B)などを用いる。この装置は、バイアス電圧Vsをプログラマブルに設定することができるので、予め設定されたバイアス電圧を機能性分子素子10に印加しながら、機能性分子素子10の電流−電圧曲線を測定できる。また、ナノプローブシステムは、ハーメチックシールで外気から遮断された試料室を備えており、この試料室は窒素ガスの噴流で洗浄し、酸素や水分による汚染を最小限に抑えられるように構成されている。   A semiconductor parameter analyzer (Agilent 4156B) equipped with a nanoprobe system (Nagase Electronic Equipments Service Co., Ltd. BCT-11MDC-4K) is used for electrical measurement of the functional molecular element 10 shown in FIG. Etc. are used. Since this apparatus can set the bias voltage Vs in a programmable manner, the current-voltage curve of the functional molecular element 10 can be measured while applying a preset bias voltage to the functional molecular element 10. The nanoprobe system has a sample chamber that is shielded from the outside air by a hermetic seal, and this sample chamber is cleaned with a jet of nitrogen gas to minimize contamination by oxygen and moisture. Yes.

図6は、液晶状態の5CB溶液から作製した機能性分子素子10の電流−電圧曲線である。ゲート電圧Vgが印加されていないときには、負性微分抵抗(NDR)を示す2つの領域が、負のバイアス電圧側と正のバイアス電圧側に対称的に存在する。負のゲート電圧が印加されているときには、2つの追加的なNDRピークが、正のバイアス電圧側の、上記NDR領域よりもバイアス電圧が小さい領域に現れる。正のゲート電圧が印加された場合には、負性微分抵抗(NDR)を示す領域は存在しない(データは図示省略した。)。   FIG. 6 is a current-voltage curve of the functional molecular element 10 prepared from a 5CB solution in a liquid crystal state. When the gate voltage Vg is not applied, two regions exhibiting negative differential resistance (NDR) exist symmetrically on the negative bias voltage side and the positive bias voltage side. When a negative gate voltage is applied, two additional NDR peaks appear on the positive bias voltage side in the region where the bias voltage is smaller than the NDR region. When a positive gate voltage is applied, there is no region showing negative differential resistance (NDR) (data not shown).

図7は、液体状態の5CB溶液から作製した機能性分子素子10の、ゲート電圧が印加されていないときの電流−電圧曲線である。これらの曲線には直線部分がほとんどなく、負のバイアス電圧側と正のバイアス電圧側とが非対称である。バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が著しく異なり、ダイオード特性を有する。正のバイアス電圧を印加する領域では、大きな電圧を印加すると電流は急激に増加し、さらに大きな電圧を印加すると電流−電圧曲線は再現性を示さなくなる。負のバイアス電圧を印加する領域では、バイアス電圧が増加する場合と減少する場合とで電流−電圧曲線が異なるヒステリシスが存在する。この機能性分子素子の電流−電圧曲線は、ゲート電圧が印加されても、曲線の傾きにわずかな変化はあるだけで、重要な変化を示すことはない。   FIG. 7 is a current-voltage curve of the functional molecular element 10 produced from the liquid 5CB solution when no gate voltage is applied. These curves have almost no straight line portion, and the negative bias voltage side and the positive bias voltage side are asymmetric. When the bias voltage is applied in the forward direction and when it is applied in the reverse direction, the conductivity is remarkably different and it has diode characteristics. In a region where a positive bias voltage is applied, the current rapidly increases when a large voltage is applied, and the current-voltage curve does not show reproducibility when a larger voltage is applied. In the region where the negative bias voltage is applied, there is hysteresis with different current-voltage curves depending on whether the bias voltage increases or decreases. The current-voltage curve of this functional molecular device does not show an important change even if a gate voltage is applied, with only a slight change in the slope of the curve.

<ビラジエノンの会合状態の制御と機能性分子素子の作り分け>
液体状態の5CB溶液では、ビラジエノンは主として単量体で存在する。この液体状態から機能性分子素子10を形成すると、ビラジエノン分子は、π-πスタッキングによって、同じ形状の皿を同じ向きに多数積み重ねるように積み重なり、ビラジエノン分子が規則正しく、一方向に配列した、隙間の少ない配列構造体を形成することが予想される。この配列構造体は、π電子間の相互作用によって効果的に積層方向に電流を流すため導電性が大きく、また、積層方向の正方向と逆方向とに異方性を有するので、バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が異なることが予想される。また、変形の余地が少ないので、ゲート電圧の影響を受けにくいことも予想される。これらの特徴は、第2の機能性分子素子の特徴とよく一致する。
<Control of association state of biradienone and creation of functional molecular device>
In the 5CB solution in the liquid state, biradienone exists mainly as a monomer. When the functional molecular element 10 is formed from this liquid state, the biradione molecules are stacked so that a large number of dishes having the same shape are stacked in the same direction by π-π stacking, and the biradienone molecules are regularly arranged in one direction. It is expected to form fewer array structures. This array structure has high conductivity because current flows effectively in the stacking direction due to interaction between π electrons, and has anisotropy in the positive and reverse directions of the stacking direction. It is expected that the conductivity is different between when applied in the forward direction and when applied in the reverse direction. In addition, since there is little room for deformation, it is expected that the gate voltage is hardly affected. These characteristics agree well with those of the second functional molecular element.

一方、液晶状態の5CB溶液では、ビラジエノンは主として2量体として存在する。この2量体から機能性分子素子10を形成すると、配列構造体の構造は、単量体から形成する場合に比べて不規則性や隙間が増加し、変形の余地が大きい構造になると予想される。このため、この配列構造体では、π電子間の相互作用が弱まり、導電性が低下することが予想される。また、異方性が減少するので、導電性はバイアス電圧の方向にあまり依存しなくなることや、変形の余地が大きいので、ゲート電圧の影響を受けやすくなることも予想される。これらの特徴は、第1の機能性分子素子の特徴とよく一致する。   On the other hand, in the 5CB solution in the liquid crystal state, viradienone exists mainly as a dimer. When the functional molecular element 10 is formed from this dimer, the structure of the array structure is expected to be a structure with increased irregularities and gaps and a large room for deformation compared to the case of forming from a monomer. The For this reason, in this array structure, it is expected that the interaction between π electrons is weakened and the conductivity is lowered. Further, since the anisotropy is reduced, it is expected that the conductivity does not depend much on the direction of the bias voltage, and that there is a large room for deformation, so that it is easily affected by the gate voltage. These characteristics are in good agreement with the characteristics of the first functional molecular element.

本実施の形態では、ビラジエノンの5CB溶液の温度を制御することによって、5CB溶液の液晶−液体相転移を制御し、これによって溶液中のビラジエノンの会合状態を制御する。その結果、ビラジエノン分子の自己組織化作用によって形成される機能性分子素子10が、第1の機能性分子素子になるか、または、第2の機能性分子素子になるかを制御する。すなわち、本実施の形態は、温度という環境因子を制御することによって溶液の構造を制御し、それを通じて溶質であるビラジエノン分子の自己組織化作用を制御することを特徴とする。   In this embodiment, the liquid crystal-liquid phase transition of the 5CB solution is controlled by controlling the temperature of the 5CB solution of biradienone, thereby controlling the association state of biradienone in the solution. As a result, it is controlled whether the functional molecular element 10 formed by the self-organizing action of biradienone molecules is the first functional molecular element or the second functional molecular element. That is, this embodiment is characterized in that the structure of the solution is controlled by controlling the environmental factor of temperature, and the self-organizing action of the solute biradienone molecule is controlled thereby.

実施の形態2
実施の形態2では、請求項11および12に対応する機能性分子装置の製造方法の例として、実施の形態1で説明した第1の機能性分子素子の製造方法によって第1の機能性分子素子10を対向電極間に形成し、絶縁ゲート型電界効果トランジスタとして構成された機能性分子装置を作製する例について説明する。
Embodiment 2
In the second embodiment, as an example of a method for manufacturing a functional molecular device corresponding to claims 11 and 12, the first functional molecular device is manufactured by the first functional molecular device manufacturing method described in the first embodiment. An example in which a functional molecular device configured as an insulated gate field effect transistor is formed between the opposing electrodes 10 will be described.

図10は、実施の形態2に基づいて作製された絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の構造を示す断面図である。図10に示すように、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20では、ドープされたシリコン基板11が前記制御用電極であるゲート電極13を兼ねている。シリコン基板11の表面にはゲート絶縁膜12として酸化シリコン層が形成され、その上に、例えば金からなるソース電極14とドレイン電極15とが前記対向電極として形成され、これらの電極間に、実施の形態1で説明した配列構造体4が配置されている。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of an insulated gate field effect transistor 20 manufactured based on the second embodiment. As shown in FIG. 10, in the insulated gate field effect transistor 20, the doped silicon substrate 11 also serves as the gate electrode 13 serving as the control electrode. A silicon oxide layer is formed as a gate insulating film 12 on the surface of the silicon substrate 11, and a source electrode 14 and a drain electrode 15 made of, for example, gold are formed as the counter electrodes on the silicon substrate 11. The array structure 4 described in the first embodiment is arranged.

配列構造体4を構成するπ電子共役系分子1のうち、ソース電極14およびドレイン電極15のそれぞれに最も近い位置にあり、第1層の分子に相当するπ電子共役系分子は、前述した被吸着分子9として各電極上に固定されている。すなわち、図9(b)を用いて説明したように、被吸着分子9は、フレキシブルな側鎖部3が電極14または15の表面に吸着され、その結果、骨格部2の略円盤面が電極14または15の表面に平行に密着するように固定される。このため、骨格部2のπ電子が電極上に非局在化することができ、配列構造体4と電極14または15との界面での接触抵抗が小さく抑えられる。   Among the π-electron conjugated molecules 1 constituting the array structure 4, the π-electron conjugated molecules that are located closest to the source electrode 14 and the drain electrode 15 and correspond to the first layer molecules are The adsorbed molecules 9 are fixed on each electrode. That is, as described with reference to FIG. 9B, in the molecule 9 to be adsorbed, the flexible side chain part 3 is adsorbed on the surface of the electrode 14 or 15, and as a result, the substantially disk surface of the skeleton part 2 is the electrode. It is fixed so as to be in close contact with the surface of 14 or 15 in parallel. For this reason, the π electrons of the skeleton 2 can be delocalized on the electrode, and the contact resistance at the interface between the array structure 4 and the electrode 14 or 15 can be kept small.

また、配列構造体4の第2層以後の分子層の積層方向は、電極面に平行に配置された、被吸着分子9の骨格部2の略円盤面を基準として、下層分子層の骨格部の略円盤面の上に、上層分子層の骨格部の略円盤面が平行に重なるように、π-π相互作用によって制御される。   In addition, the stacking direction of the molecular layers after the second layer of the array structure 4 is set so that the skeleton portion of the lower molecular layer is based on the substantially disk surface of the skeleton portion 2 of the adsorbed molecule 9 arranged parallel to the electrode surface. It is controlled by the π-π interaction so that the substantially disk surface of the skeleton of the upper molecular layer overlaps the substantially disk surface of the upper molecular layer in parallel.

以上のようにして、ソース電極14およびドレイン電極15からなる対向電極の間に、電極との界面での接触抵抗が非常に小さく、積層方向(電流を流す方向)が制御された、堅牢な配列構造体4が配置されている。   As described above, a robust arrangement in which the contact resistance at the interface with the electrode is very small and the stacking direction (direction in which current flows) is controlled between the counter electrode composed of the source electrode 14 and the drain electrode 15. Structure 4 is arranged.

そして、前記制御用電極であるゲート電極13は、配列構造体4の導電方向である積層方向に沿って設けられていて、ゲート電極13に印加される電圧によって配列構造体4の導電方向に直交する方向に電界が作用し、配列構造体4の導電性が制御される。   The gate electrode 13 as the control electrode is provided along the stacking direction, which is the conductive direction of the array structure 4, and is orthogonal to the conductive direction of the array structure 4 by the voltage applied to the gate electrode 13. An electric field acts in the direction in which the electric field travels, and the conductivity of the array structure 4 is controlled.

ゲ−ト長に相当するソース電極14とドレイン電極15との間の間隔(ギャップ)は、約10nm(分子層数にして10層程度)である。   The distance (gap) between the source electrode 14 and the drain electrode 15 corresponding to the gate length is about 10 nm (about 10 molecular layers).

本実施の機能性分子装置の作製では、実施の形態1で説明した第1の機能性分子素子の製造方法によって、機能性分子素子10を構成する配列構造体4を対向電極間に形成する。この結果、π電子共役系分子1とソース電極14およびドレイン電極15との界面での接触抵抗が小さく抑えられ、かつ、配列構造体4の積層方向に効果的に電流を流すことができ、電気的特性の優れたナノサイズの絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20を得ることができる。   In the production of the functional molecular device of the present embodiment, the array structure 4 constituting the functional molecular element 10 is formed between the counter electrodes by the first functional molecular element manufacturing method described in the first embodiment. As a result, the contact resistance at the interface between the π-electron conjugated molecule 1 and the source electrode 14 and the drain electrode 15 can be kept small, and a current can be effectively passed in the stacking direction of the array structure 4. It is possible to obtain a nano-sized insulated gate field effect transistor 20 having excellent mechanical characteristics.

実施の形態3
実施の形態3では、請求項24および25に対応する集積素子の製造方法の例として、実施の形態1で説明した第1の機能性分子素子の製造方法によって第1の機能性分子素子を基板上に形成し、且つ、第2の機能性分子素子の製造方法によって第2の機能性分子素子を同一基板上に形成し、第1の機能性分子素子と第2の機能性分子素子とが基板上に集積されている集積素子を作製する例について説明する。
Embodiment 3
In the third embodiment, as an example of the method of manufacturing an integrated device corresponding to claims 24 and 25, the first functional molecular device is formed by the first functional molecular device manufacturing method described in the first embodiment. The second functional molecular element is formed on the same substrate by the method for manufacturing the second functional molecular element, and the first functional molecular element and the second functional molecular element are formed. An example of manufacturing an integrated element integrated on a substrate will be described.

図11は、実施の形態3に基づく集積素子の製造方法によって作製された集積素子の構成を示す部分平面図(a)および部分断面図(b)である。図11(b)は、図11(a)に11B−11B線で示した位置における断面を、少し拡大して示している。図11に示すように、集積素子30では、ドープされたシリコン基板11の表面にゲート絶縁膜12として酸化シリコン層が形成され、その上に第1の機能性分子素子31と第2の機能性分子素子32とが所定の位置に形成されている。   11A and 11B are a partial plan view (a) and a partial cross-sectional view (b) showing the configuration of the integrated element manufactured by the integrated element manufacturing method according to the third embodiment. FIG. 11B shows a slightly enlarged cross section at the position indicated by the line 11B-11B in FIG. As shown in FIG. 11, in the integrated element 30, a silicon oxide layer is formed as a gate insulating film 12 on the surface of a doped silicon substrate 11, and a first functional molecular element 31 and a second functionality are formed thereon. Molecular elements 32 are formed at predetermined positions.

集積素子30を作製するには、基板11の所定の位置に電極35および36を形成する工程と、π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節して調製する工程と、電極に溶液を接触させる工程とを行った後、第1の機能性分子素子31を形成する領域では、配置された溶液の温度を液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、且つ、第2の機能性分子素子32を形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度に保ちつつ、溶液から液晶性溶媒分子を蒸発させ、濃度に応じた分子積層数でπ電子共役系分子の層を電極の表面上に形成する。   In order to fabricate the integrated element 30, the concentration of a step of forming the electrodes 35 and 36 at predetermined positions on the substrate 11 and a solution in which π-electron conjugated molecules are dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules are adjusted. After the step of preparing and the step of bringing the solution into contact with the electrode, in the region where the first functional molecular element 31 is formed, the temperature of the arranged solution is the temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase. In the region where the second functional molecular element 32 is formed, the temperature of the arranged solution is maintained at the temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase, and the liquid crystalline solvent molecules are removed from the solution. And a layer of π-electron conjugated molecules is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks corresponding to the concentration.

シリコン基板11はゲート電極13を兼ねており、第1の機能性分子素子31は、図10に示した絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20として構成されている。   The silicon substrate 11 also serves as the gate electrode 13, and the first functional molecular element 31 is configured as the insulated gate field effect transistor 20 shown in FIG.

第1の機能性分子素子を形成する領域で溶液の温度を、液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ち、且つ、第2の機能性分子素子を形成する領域で溶液の温度を、液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度に保つ方法は、特に限定されるものではない。例えば、環境温度を液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、第2の機能性分子素子を形成する領域に赤外光を選択的に照射して、この領域の溶液の温度を局所的に、液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度に加熱する方法がある。赤外光を選択的に照射するには、照射領域以外を遮蔽するマスクを用いるか、光源にレーザーを用いレーザー光で照射領域を走査するのがよい。或いは、第2の機能性分子素子を形成する領域の基板11の表面に、予め光吸収性の薄膜をパッターニングして形成しておき、環境温度を液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、基板11の全面に光を照射して、第2の機能性分子素子を形成する領域の溶液の温度を局所的に、液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度に加熱する方法がある。   The temperature of the solution is maintained in the region where the first functional molecular element is formed, and the temperature of the solution is maintained in the region where the liquid crystalline solvent molecule forms the liquid crystal phase, and the region where the second functional molecular element is formed. The method for maintaining the temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase is not particularly limited. For example, while maintaining the environmental temperature at a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, the region where the second functional molecular element is formed is selectively irradiated with infrared light, and the temperature of the solution in this region is set. There is a method of locally heating to a temperature at which liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase. In order to selectively irradiate infrared light, it is preferable to use a mask that shields areas other than the irradiation area, or to scan the irradiation area with laser light using a laser as a light source. Alternatively, a light-absorbing thin film is previously formed on the surface of the substrate 11 in a region where the second functional molecular element is to be formed, and the environmental temperature is a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase. The surface of the substrate 11 is irradiated with light while keeping the temperature of the solution in a region where the second functional molecular element is to be formed locally, so that the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase. There is.

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.

本発明の、構成分子と電極との界面での接触抵抗を低減できる新規な構造を有する機能性分子素子及びその製造方法、並びに機能性分子装置は、スイッチ、トランジスタ、メモリ、ロジック回路などさまざまな電子デバイス分野に応用が可能であり、マクロサイズからナノサイズの素子まで、同一の材料と原理で作製可能である。   The functional molecular device having a novel structure capable of reducing the contact resistance at the interface between the constituent molecule and the electrode, the manufacturing method thereof, and the functional molecular device of the present invention include various switches, transistors, memories, logic circuits and the like. It can be applied to the field of electronic devices, and can be manufactured from the same material and principle from macro size to nano size element.

本発明の実施の形態1に基づく実施の形態1に基づく第1の機能性分子素子の製造方法、および第2の機能性分子素子の製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the 1st functional molecular device based on Embodiment 1 based on Embodiment 1 of this invention, and the manufacturing method of a 2nd functional molecular device. 同、機能性分子素子の作製に好適なπ電子共役系分子および液晶性溶媒分子の構造を示す構造式である。FIG. 5 is a structural formula showing the structures of π-electron conjugated molecules and liquid crystalline solvent molecules suitable for the production of functional molecular elements. 同、25℃および50℃においてビラジエノンの5CB溶液を偏光顕微鏡で観察した写真である。It is the photograph which observed the 5CB solution of biradienone with the polarizing microscope at 25 degreeC and 50 degreeC. 同、脱水体の生成速度Vとビラジエノン濃度Cとの関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the production rate V of dehydrated body and the viradienone concentration C. FIG. 同、機能性分子素子の断面図(a)、および電極の電子顕微鏡写真(b)である。It is sectional drawing (a) of a functional molecular element, and the electron micrograph (b) of an electrode similarly. 同、液晶状態の5CB溶液から作製した機能性分子素子の電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current-voltage characteristic of the functional molecular element produced from the 5CB solution of a liquid crystal state similarly. 同、液体状態の5CB溶液から作製した機能性分子素子の電流−電圧特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current-voltage characteristic of the functional molecular element produced from the 5CB solution of the liquid state similarly. 同、配列構造体を構成するπ電子共役系分子の分子構造の一例を示す構造式(a)、および、π電子共役系分子の略円盤状骨格部の立体構造を示すための模式図(b)である。Similarly, a structural formula (a) showing an example of a molecular structure of a π-electron conjugated molecule constituting an array structure, and a schematic diagram for showing a three-dimensional structure of a substantially disc-like skeleton part of the π-electron conjugated molecule (b) ). 同、機能性分子素子の説明図(a)、および配列構造体の第1層のπ電子共役系分子(被吸着分子)の配向構造を示す説明図(b)である。FIG. 4 is an explanatory diagram (a) of the functional molecular element and an explanatory diagram (b) showing the orientation structure of the π-electron conjugated molecule (adsorbed molecule) in the first layer of the array structure. 本発明の実施の形態2に基づく機能性分子装置の製造方法によって作製された、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the insulated gate field effect transistor produced by the manufacturing method of the functional molecular device based on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に基づく集積素子の製造方法によって作製された、集積素子の構成を示す部分平面図(a)および部分断面図(b)である。It is the partial top view (a) and partial sectional view (b) which show the structure of the integrated element produced by the manufacturing method of the integrated element based on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…π電子共役系分子、2…略円盤状骨格部、3…フレキシブルな側鎖部、
4…配列構造体、5、6…電極、9…被吸着分子、10…機能性分子素子、
11…高濃度にドープされたシリコン基板(ゲート電極13を兼ねる。)、
12…ゲート絶縁膜(酸化シリコン層)、14…ソース電極、15…ドレイン電極、
16…ゲート端子、17…ソース端子、18…ドレイン端子、
20…絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、30…集積素子、
31…第1の機能性分子素子、32…第2の機能性分子素子、
34a、34b…配列構造体、35a、35b、36a、36b…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... pi-electron conjugated system molecule, 2 ... substantially disk-shaped frame | skeleton part, 3 ... flexible side chain part,
4 ... array structure, 5, 6 ... electrode, 9 ... adsorbed molecule, 10 ... functional molecular element,
11 ... Highly doped silicon substrate (also serves as the gate electrode 13),
12 ... Gate insulating film (silicon oxide layer), 14 ... Source electrode, 15 ... Drain electrode,
16 ... gate terminal, 17 ... source terminal, 18 ... drain terminal,
20 ... Insulated gate field effect transistor, 30 ... Integrated element,
31 ... 1st functional molecular element, 32 ... 2nd functional molecular element,
34a, 34b ... array structure, 35a, 35b, 36a, 36b ... electrode

Claims (25)

複数の電極が対向して配置された対向電極が形成されており、π電子共役系からなる略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してなるπ電子共役系分子が、前記側鎖部において前記電極に吸着されることによって、前記骨格部の前記略平面形構造が前記対向電極に対してほぼ平行になるように配置された被吸着分子が、前記対向電極のいずれに対しても形成され、
少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる構造体が、前記対向電極間に印 加されたバイアス電圧に応じて、前記略平面形構造に交差する方向に電流を流す機能を 有し、
室温において負性微分抵抗を示すバイアス電圧領域が存在する
第1の機能性分子素子を作製する、機能性分子素子の製造方法であって、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節 して調製する工程と、
前記溶液を前記電極に接触させる工程と、
前記液晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度領域において、前記溶液から前記液晶性 溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記 電極の表面上に形成する工程と
を有する、機能性分子素子の製造方法。
A counter electrode in which a plurality of electrodes are arranged to face each other is formed, and a π-electron conjugated molecule in which a side chain is bonded to a skeleton having a substantially planar structure composed of a π-electron conjugated system is Adsorbed molecules arranged so that the substantially planar structure of the skeleton portion is substantially parallel to the counter electrode by being adsorbed to the electrode in the chain portion, with respect to any of the counter electrodes Also formed,
A structure including at least the molecule to be adsorbed and the counter electrode has a function of flowing a current in a direction crossing the substantially planar structure in accordance with a bias voltage applied between the counter electrodes;
A method for producing a functional molecular element, which produces a first functional molecular element having a bias voltage region exhibiting negative differential resistance at room temperature,
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In the temperature range where the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution, and the π-electron conjugated molecule layer is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks according to the concentration. A process for producing a functional molecular device, comprising the steps of:
前記構造体の一部として、前記被吸着分子と同種のπ電子共役系分子又は/及び別種のπ電子共役系分子が、前記被吸着分子の前記骨格部に対し、前記骨格部における分子間π−πスタッキングによって一方向に積み重なった配列構造体が、前記対向電極間に形成されており、
前記配列構造体の積層方向に電流を流す機能を有する、
機能性分子素子を形成する、請求項1に記載した機能性分子素子の製造方法。
As a part of the structure, the same kind of π-electron conjugated molecule as the adsorbed molecule or / and another kind of π-electron conjugated molecule is intermolecular π in the skeleton with respect to the skeleton of the adsorbed molecule. An array structure stacked in one direction by -π stacking is formed between the counter electrodes,
Having a function of flowing current in the stacking direction of the array structure,
The method for producing a functional molecular element according to claim 1, wherein the functional molecular element is formed.
前記液晶性溶媒分子として、棒状の分子骨格をもち、その一方の端部に極性の大きな官能基を有する有機分子を用いる、請求項1に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 1, wherein an organic molecule having a rod-like molecular skeleton and having a large polar functional group at one end thereof is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記液晶性溶媒分子として、前記極性の大きな官能基がシアノ基である有機分子を用いる、請求項3に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 3, wherein an organic molecule in which the functional group having a large polarity is a cyano group is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記液晶性溶媒分子として、シアノビフェニル類から選ばれた少なくとも1種を用いる、請求項4に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 4, wherein at least one selected from cyanobiphenyls is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記シアノビフェニル類として、4-ペンチル-4’-シアノビフェニルを用いる、請求項5に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 5, wherein 4-pentyl-4′-cyanobiphenyl is used as the cyanobiphenyls. 前記π電子共役系分子として、前記側鎖部がフレキシブルな構造を有するπ電子共役系分子を用いる、請求項1に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 1, wherein a π electron conjugated molecule having a flexible structure in the side chain portion is used as the π electron conjugated molecule. 前記π電子共役系分子として、前記側鎖部がアルキル基、アルコキシ基、シラニル基、或いはアルキル基、アルコキシ基、又はシラニル基が結合した芳香族環からなる、請求項1に記載した機能性分子素子の製造方法。   2. The functional molecule according to claim 1, wherein the π-electron conjugated molecule comprises an alkyl group, an alkoxy group, a silanyl group, or an aromatic ring to which an alkyl group, an alkoxy group, or a silanyl group is bonded. Device manufacturing method. 前記π電子共役系分子として、中心金属イオンとリニアテトラピロール誘導体との錯体を用いる、請求項1に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 1, wherein a complex of a central metal ion and a linear tetrapyrrole derivative is used as the π-electron conjugated molecule. 少なくとも前記π電子共役系分子として、下記一般式(1)で表されるビラジエノン誘導体を用いる、請求項9に記載した機能性分子素子の製造方法。
一般式(1):
(この一般式(1)において、R1、R2、R3、及びR4は、各々互いに独立した同一又は異なった、炭素数が3〜12のアルキル基である。)
The method for producing a functional molecular element according to claim 9, wherein a biradienone derivative represented by the following general formula (1) is used as at least the π-electron conjugated molecule.
General formula (1):
(In this general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different alkyl groups having 3 to 12 carbon atoms, which are independent of each other.)
請求項1〜10のいずれか1項に記載した製造方法によって第1の機能性分子素子を作製する工程と;前記第1の機能性分子素子に電界を作用させて、少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる前記構造体を流れる前記電流を制御するための制御用電極を、前記構造体の積層方向に沿って設ける工程とを有する、機能性分子装置の製造方法。   A step of producing a first functional molecular element by the production method according to claim 1; and applying an electric field to the first functional molecular element to at least the adsorbed molecule And a step of providing a control electrode for controlling the current flowing through the structure including the counter electrode along the stacking direction of the structure. 前記制御用電極上にゲート絶縁層を設け、この絶縁層上にソース電極とドレイン電極とを前記対向電極として形成し、少なくともこれらのソース電極とドレイン電極との間に前記構造体を配し、機能性分子装置として絶縁ゲート型電界効果トランジスタを製造する、請求項11に記載した機能性分子装置の製造方法。   A gate insulating layer is provided on the control electrode, a source electrode and a drain electrode are formed on the insulating layer as the counter electrode, and the structure is disposed at least between the source electrode and the drain electrode, The method for producing a functional molecular device according to claim 11, wherein an insulated gate field effect transistor is produced as the functional molecular device. 複数の電極が対向して配置された対向電極が形成されており、π電子共役系からなる略平面形構造を有する骨格部に側鎖部が結合してなるπ電子共役系分子が、前記側鎖部において前記電極に吸着されることによって、前記骨格部の前記略平面形構造が前記対向電極に対してほぼ平行になるように配置された被吸着分子が、前記対向電極のいずれに対しても形成され、
少なくとも前記被吸着分子と前記対向電極とからなる構造体が、前記対向電極間に印 加されたバイアス電圧に応じて、前記略平面形構造に交差する方向に電流を流す機能を 有し、
前記バイアス電圧を正方向に印加した場合と、逆方向に印加した場合とで、導電性が 著しく異なる
第2の機能性分子素子を作製する、機能性分子素子の製造方法であって、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節 して調製する工程と、
前記溶液を前記電極に接触させる工程と、
前記液晶性溶媒分子が液体相を形成する温度領域において、前記溶液から前記液晶性 溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記 電極の表面上に形成する工程と
を有する、機能性分子素子の製造方法。
A counter electrode in which a plurality of electrodes are arranged to face each other is formed, and a π-electron conjugated molecule in which a side chain is bonded to a skeleton having a substantially planar structure composed of a π-electron conjugated system is Adsorbed molecules arranged so that the substantially planar structure of the skeleton portion is substantially parallel to the counter electrode by being adsorbed to the electrode in the chain portion, with respect to any of the counter electrodes Also formed,
A structure including at least the molecule to be adsorbed and the counter electrode has a function of flowing a current in a direction crossing the substantially planar structure in accordance with a bias voltage applied between the counter electrodes;
A method for producing a functional molecular device, wherein a second functional molecular device having a remarkably different conductivity between when the bias voltage is applied in the forward direction and when applied in the reverse direction,
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In a temperature range where the liquid crystalline solvent molecules form a liquid phase, the liquid crystalline solvent molecules are evaporated from the solution, and the π-electron conjugated molecule layer is formed on the surface of the electrode with the number of molecular stacks according to the concentration. A process for producing a functional molecular device, comprising the steps of:
ダイオード特性を有する機能性分子素子を製造する、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 13, wherein a functional molecular element having diode characteristics is produced. 前記構造体の一部として、前記被吸着分子と同種のπ電子共役系分子又は/及び別種のπ電子共役系分子が、前記被吸着分子の前記骨格部に対し、前記骨格部における分子間π−πスタッキングによって一方向に積み重なった配列構造体が、前記対向電極間に形成されており、
前記配列構造体の積層方向に電流を流す機能を有する、
機能性分子素子を製造する、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。
As a part of the structure, the same kind of π-electron conjugated molecule as the adsorbed molecule or / and another kind of π-electron conjugated molecule is intermolecular π in the skeleton with respect to the skeleton of the adsorbed molecule. An array structure stacked in one direction by -π stacking is formed between the counter electrodes,
Having a function of flowing current in the stacking direction of the array structure,
The method for producing a functional molecular element according to claim 13, wherein the functional molecular element is produced.
前記液晶性溶媒分子として、棒状の分子骨格をもち、その一方の端部に極性の大きな官能基を有する有機分子を用いる、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 13, wherein an organic molecule having a rod-like molecular skeleton and having a large polar functional group at one end thereof is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記液晶性溶媒分子として、前記極性の大きな官能基がシアノ基である有機分子を用いる、請求項16に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 16, wherein an organic molecule in which the functional group having a large polarity is a cyano group is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記液晶性溶媒分子として、シアノビフェニル類から選ばれた少なくとも1種を用いる、請求項17に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 17, wherein at least one selected from cyanobiphenyls is used as the liquid crystalline solvent molecule. 前記シアノビフェニル類として、4-ペンチル-4’-シアノビフェニルを用いる、請求項18に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 18, wherein 4-pentyl-4′-cyanobiphenyl is used as the cyanobiphenyls. 前記π電子共役系分子として、前記側鎖部がフレキシブルな構造を有するπ電子共役系分子を用いる、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 13, wherein a π electron conjugated molecule having a flexible structure in the side chain portion is used as the π electron conjugated molecule. 前記π電子共役系分子として、前記側鎖部がアルキル基、アルコキシ基、シラニル基、或いはアルキル基、アルコキシ基、又はシラニル基が結合した芳香族環からなる、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。   14. The functional molecule according to claim 13, wherein the π-electron conjugated molecule comprises an alkyl group, an alkoxy group, a silanyl group, or an aromatic ring to which an alkyl group, an alkoxy group, or a silanyl group is bonded. Device manufacturing method. 前記π電子共役系分子として、中心金属イオンとリニアテトラピロール誘導体との錯体を用いる、請求項13に記載した機能性分子素子の製造方法。   The method for producing a functional molecular element according to claim 13, wherein a complex of a central metal ion and a linear tetrapyrrole derivative is used as the π electron conjugated molecule. 少なくとも前記π電子共役系分子として、下記一般式(1)で表されるビラジエノン誘導体を用いる、請求項22に記載した機能性分子素子の製造方法。
一般式(1):
(この一般式(1)において、R1、R2、R3、及びR4は、各々互いに独立した同一又は異なった、炭素数が3〜12のアルキル基である。)
The method for producing a functional molecular device according to claim 22, wherein a biradienone derivative represented by the following general formula (1) is used as at least the π-electron conjugated molecule.
General formula (1):
(In this general formula (1), R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 are the same or different alkyl groups having 3 to 12 carbon atoms, which are independent of each other.)
請求項1〜10のいずれか1項に記載した製造方法によって作製した第1の機能性分子素子と、請求項13〜23のいずれか1項に記載した製造方法によって作製した第2の機能性分子素子とが、基板上に集積されている集積素子の製造方法であって、
前記基板の所定の位置に前記電極を形成する工程と、
前記π電子共役系分子が液晶性溶媒分子からなる溶媒に溶解した溶液を、濃度を調節して調製する工程と、
前記電極に前記溶液を接触させる工程と、
前記第1の機能性分子素子を形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液 晶性溶媒分子が液晶相を形成する温度に保ちつつ、且つ、前記第2の機能性分子素子を 形成する領域では、配置された前記溶液の温度を前記液晶性溶媒分子が液体相を形成す る温度に保ちつつ、前記溶液から前記液晶性溶媒分子を蒸発させ、前記濃度に応じた分 子積層数で前記π電子共役系分子の層を前記電極の表面上に形成する工程と
を有する、集積素子の製造方法。
The 1st functional molecular element produced by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-10, and the 2nd functionality produced by the manufacturing method as described in any one of Claims 13-23. A molecular device is a method of manufacturing an integrated device integrated on a substrate,
Forming the electrode at a predetermined position of the substrate;
Preparing a solution in which the π-electron conjugated molecule is dissolved in a solvent composed of liquid crystalline solvent molecules by adjusting the concentration;
Contacting the solution with the electrode;
In the region where the first functional molecular element is formed, the temperature of the arranged solution is maintained at a temperature at which the liquid crystalline solvent molecules form a liquid crystal phase, and the second functional molecular element is In the region to be formed, the liquid crystal solvent molecules are evaporated from the solution while maintaining the temperature of the arranged solution at a temperature at which the liquid crystal solvent molecules form a liquid phase, and the molecular stacking according to the concentration is performed. Forming a layer of the π-electron conjugated molecule on the surface of the electrode.
前記第1の機能性分子素子によって、請求項11又は12に記載した機能性分子装置を構成する、請求項24に記載した集積素子の製造方法。   25. The method of manufacturing an integrated element according to claim 24, wherein the functional molecular device according to claim 11 or 12 is configured by the first functional molecular element.
JP2007195342A 2007-07-27 2007-07-27 Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element Pending JP2009032897A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007195342A JP2009032897A (en) 2007-07-27 2007-07-27 Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007195342A JP2009032897A (en) 2007-07-27 2007-07-27 Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009032897A true JP2009032897A (en) 2009-02-12
JP2009032897A5 JP2009032897A5 (en) 2010-07-29

Family

ID=40403101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007195342A Pending JP2009032897A (en) 2007-07-27 2007-07-27 Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009032897A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020235591A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 国立大学法人東京工業大学 Variable resistance device and method for producing same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997044829A1 (en) * 1996-05-22 1997-11-27 Organet Chemical Co., Ltd. Molecule dispersion type negative resistance element and method for manufacturing the same
JP2004031458A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Seiko Epson Corp Method for manufacturing semiconductor device, method for manufacturing organic thin film transistor, method for manufacturing electrooptical device and electronic device
JP2004096082A (en) * 2002-06-27 2004-03-25 Xerox Corp Method for forming pattern on substrate and method for forming polymer semiconductor thin film transistor
JP2005210063A (en) * 2003-12-24 2005-08-04 Hitachi Ltd Field effect transistor and manufacturing method therefor
JP2006128256A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Konica Minolta Holdings Inc Method of manufacturing organic thin-film transistor and thin-film organic transistor manufactured thereby
WO2006093467A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-08 Agency For Science, Technology And Research Conjugated organic molecules for molecular electronic devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997044829A1 (en) * 1996-05-22 1997-11-27 Organet Chemical Co., Ltd. Molecule dispersion type negative resistance element and method for manufacturing the same
JP2004031458A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Seiko Epson Corp Method for manufacturing semiconductor device, method for manufacturing organic thin film transistor, method for manufacturing electrooptical device and electronic device
JP2004096082A (en) * 2002-06-27 2004-03-25 Xerox Corp Method for forming pattern on substrate and method for forming polymer semiconductor thin film transistor
JP2005210063A (en) * 2003-12-24 2005-08-04 Hitachi Ltd Field effect transistor and manufacturing method therefor
JP2006128256A (en) * 2004-10-27 2006-05-18 Konica Minolta Holdings Inc Method of manufacturing organic thin-film transistor and thin-film organic transistor manufactured thereby
WO2006093467A1 (en) * 2005-03-02 2006-09-08 Agency For Science, Technology And Research Conjugated organic molecules for molecular electronic devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020235591A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 国立大学法人東京工業大学 Variable resistance device and method for producing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4910314B2 (en) Functional molecular device and functional molecular device
Tayi et al. Supramolecular ferroelectrics
Kronemeijer et al. Reversible conductance switching in molecular devices
JP2005520356A (en) Manufacturing method of high-performance organic semiconductor device
Saini et al. Probing the mechanism for bipolar resistive switching in annealed graphene oxide thin films
EP1715530B1 (en) Molecular device
KR100631965B1 (en) Non-volatile Polymer Bistability Memory Device
JP5304050B2 (en) Functional molecular device, manufacturing method thereof, and functional molecular device
Zheng et al. Electron spin decoherence dynamics in magnetic manganese hybrid organic–inorganic crystals: the effect of lattice dimensionality
JP4529571B2 (en) Field effect transistor
JP4901137B2 (en) Functional molecular device and functional molecular device
JP2008124360A (en) Functional molecular element, manufacturing method thereof and functional molecular device
JP2009032897A (en) Method of manufacturing functional molecular element, method of manufacturing functional molecular device, and method of manufacturing integrated element
JP5082423B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN102150274A (en) Molecular device, method for manufacturing the molecular device, integrated circuit device, method for manufacturing the integtrated circuit device, three-dimensional integrated circuit device, and method for manufacturing the three-dimensional integrated circuit device
KR102636495B1 (en) single molecule transistor
EP1726564B1 (en) Area modulation element
KR101193581B1 (en) Functional molecule element and functional molecule apparatus
Miura et al. Spherulitic Crystallization in Langmuir–Blodgett Films of the Ditetradecyldimethylammonium-Au (dmit) 2 Salt
Achalkumar et al. Stimuli‐Directed Self‐Organized One‐Dimensional Organic Semiconducting Nanostructures for Optoelectronic Applications
Tyagi et al. Scope of Magnetic Tunnel Junction Based Molecular Electronics and Spintronics Devices
Qiu Interfacing responsive molecules with 2D semiconductors: fabrication of multifunctional devices
Tyagi et al. Scope of Tunnel junction based molecular electronics and spintronics devices
NL1026143C2 (en) Organ metal connection with adjustable magnetic properties.
JP2006004995A (en) Field effect transistor

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090608

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090611

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100616

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121120

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130225

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130306

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130319