分子ワイヤを使った多値レベルトランジスタを開発
将来の分子素子・分子配線の開拓
2008.09.09
独立行政法人物質・材料研究機構
NIMSの半導体材料センター、静岡大学創造科学技術大学院は、自己組織的に成長する分子ワイヤを用いた多値レベルトランジスタの開発に成功した。
概要
- 独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 岸 輝雄) 半導体材料センターの若山 裕 主席研究員、静岡大学創造科学技術大学院の 小林 健二 教授らのグループは、自己組織的に成長する分子ワイヤを用いた多値レベルトランジスタの開発に成功した。
- 有機トランジスタにおいては、より高品質な結晶性をもち、かつπ電子軌道の重なりが大きい薄膜成長が素子特性向上のカギとなっている。加えてフレキシブル基板への応用展開を考慮すると、有機材料特有の柔軟性も必須条件となる。湿式プロセスで作製した高分子薄膜や真空プロセスで作製した有機薄膜など多くの材料系で研究が進められてきたが、これらの要因を同時に兼ね備えた材料系や製造プロセスはまだ確立されていない。そこで本研究ではπ共役系・単結晶・柔軟性の三つの要件を同時達成する材料系として分子ワイヤに注目した。
- 用いた分子はペンタセン分子に置換基を取り付けた構造を持っており、結晶中ではπ共役系の高い分子配列となる。これを真空中で蒸着したところ、自己組織的に一次元状のワイヤ結晶となることが見出された。しかも単結晶構造となっていることが判明し、その抵抗率を測定したところ従来の有機半導体材料よりも一桁低い抵抗率となっていることを見出した。
- この分子ワイヤをソース電極 - ドレイン電極間に複数本並列接合したマルチチャンネルトランジスタ構造を作製した。それぞれの分子ワイヤに流れるドレイン電流を独立に制御することに成功し、その結果多値レベルでのスイッチングが可能なトランジスタ動作を実現した。
- 本研究成果は、平成20年9月10日にアメリカ化学会が発行するNano Letters誌 (電子版) に掲載される。
プレス資料中の図2 : (a) 分子ワイヤの電子顕微鏡写真(b) 分子ワイヤ内での分子配列 分子面が重なったa軸方向が長軸方向と一致している。