JP4910314B2 - 機能性分子素子及び機能性分子装置 - Google Patents
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Description
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、
機能性分子素子に係わり、また、その製造方法であって、前記π電子共役系分子の濃度を調節した前記π電子共役系分子の溶液を調製する工程と、前記溶液を前記電極に接触させる工程と、前記溶液から溶媒を蒸発させ、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に係わるものである。
一般式(1):
実施の形態1では、主として請求項1〜3に対応する機能性分子素子の例を説明する。
実施の形態2では、主として請求項1〜3および請求項17〜20に対応する機能性分子装置の例として、実施の形態1で説明した機能性分子素子10が対向電極間に形成され、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について説明する。図3は、本実施の形態に基づく絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20の構造を説明する断面図である。
実施の形態3では、主として請求項1、4および5に対応する機能性分子素子の例と、請求項17〜20に対応する、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の例について説明する。
<機能性分子素子の作製>
本実施例で機能性分子素子の作製に用いた、略円盤状の骨格部2を有するπ電子共役系分子7(上述のπ電子共役系分子1に相当。)の構造式を下記に示す。π電子共役系分子7は、フレキシブルな側鎖部3として、フェニル基のパラ位に結合したドデシル基−C12H25を有するビラジエノン誘導体の亜鉛錯体である。
まず、高感度赤外反射吸収分光法を用いて、キャスト膜における分子の配向構造がどのようになっているのかを調べた。高感度赤外反射吸収分光法によれば、表面選択律により、基板(金電極)面に垂直な方向に双極子モーメントが変化する振動モードのみを強い強度で観測できる。従って、赤外反射吸収スペクトル(IRAスペクトル)を通常のバルクにおける透過吸収スペクトルと比較し、どの振動モードのスペクトルが観測されるか調べることによって、分子配向についての知見を得ることができる。
解析は、初め、アルキル鎖による高波数領域の吸収スペクトルに着目して行った。
本実施例は、図20に示したπ電子共役系分子7〜9を前記π電子共役系分子として用いて、図3に示した絶縁ゲート型電界効果トランジスタを作製し、ON、OFF特性を測定した例である。また、比較例として4-ペンチル-4’-シアノビフェニル(以下、5CBと略記することもある。)を用いて同様に絶縁ゲート型電界効果トランジスタ20を作製し、ON、OFF特性を測定した。ただし、本実施例では、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250nm(配列構造体4の分子層数にして200〜300層程度)である。配列構造体4の両端部の両電極との界面の第1層の分子層におけるπ電子共役系分子7〜9の配向は、実施例1の分子層の第1層におけるπ電子共役系分子7の配向と同様と考えられる。また、両端部以外の中間部におけるπ電子共役系分子7〜9の骨格部2の配向は、実施例1の分子層の第2層以降におけるπ電子共役系分子7の骨格部2の配向と同様と考えられる。π電子共役系分子7〜9は、ディスコティック液晶によく似た形態をとるので、両端部における骨格部2の配向の影響を、π-πスタッキング効果によって数百分子層程度まで保つことができる。
4…配列構造体、5、6…電極、7…π電子共役系分子、
8…π電子共役系分子7の骨格部の略円盤面、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、
12…ゲート絶縁膜(酸化シリコン層)、13…ゲート電極、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…機能性分子素子、
31…π電子共役系分子、32…鎖状連結部、33…被吸着骨格部、34…配列構造体、
40…絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
Claims (12)
- π電子共役系からなる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構造が前記電極に対して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って、
前記構造体として、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形成されており、この配列 構造体の積層方向に電流を流す機能を有し、
少なくとも前記π電子共役系分子が、下記一般式で表されるビラジエノン誘導体であ る、
機能性分子素子。
一般式:
(この一般式において、R 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は、各々互いに独立した同一又は異なった 、炭素数が3〜12のアルキル基であり、Mは中心金属イオンである。) - 前記被吸着分子と、前記同種のπ電子共役系分子又は/及び前記別種のπ電子共役系分子とによって、前記分子間π−πスタッキングによるカラム状の配列構造体が対向電極間に形成され、かつ、前記対向電極のいずれに対しても前記被吸着分子が配置されている、請求項1に記載した機能性分子素子。
- 前記π電子共役系分子が、前記骨格部と、これと同種のπ電子共役系骨格部又は/及び別種のπ電子共役系骨格部とが、鎖状連結部によって連結された構造を有し、
前記構造体として、前記骨格部は前記側鎖部による前記吸着によって前記電極に対し平行に配置された被吸着骨格部をなし、かつ、前記同種のπ電子共役系骨格部又は/及び前記別種のπ電子共役系骨格部は前記被吸着骨格部に対し一方向に積み重なった配列構造体が形成されている、
請求項1に記載した機能性分子素子。 - 前記π電子共役系分子によって、前記骨格部と、前記同種のπ電子共役系骨格部又は/及び前記別種のπ電子共役系骨格部との前記積み重なりによるカラム状の配列構造体が対向電極間に形成され、かつ、前記対向電極のいずれに対しても前記被吸着骨格部が配置されている、請求項3に記載した機能性分子素子。
- ゲート電界の作用で前記電流が制御される、請求項1〜4のいずれか1項に記載した機能性分子素子。
- 前記別種のπ電子共役系分子が、テトラピロール誘導体、フタロシアニン誘導体、或いは環数が3以上の芳香族縮合多環化合物である、請求項1に記載した機能性分子素子。
- 前記別種のπ電子共役系分子が、ポルフィリン誘導体、リニアテトラピロール誘導体、或いはコロネン誘導体である、請求項6に記載した機能性分子素子。
- 前記ポルフィリン誘導体及び前記リニアテトラピロール誘導体が、中心金属を有する錯体である、請求項7に記載した機能性分子素子。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載した機能性分子素子を構成する前記構造体が、対向電極を前記電極として形成されている、機能性分子装置。
- 前記配列構造体が前記対向電極のそれぞれに電気的に接続されている、請求項9に記載した機能性分子装置。
- 前記構造体に電界を作用させて、前記電流を制御するための制御用電極が、前記構造体の積層方向に沿って設けられている、請求項9に記載した機能性分子装置。
- 前記制御用電極上にゲート絶縁層が設けられ、この絶縁層上にソース電極とドレイン電極とが前記対向電極として形成され、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が配され、絶縁ゲート型電界効果トランジスタとして構成された、請求項11に記載した機能性分子装置。
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