分子超格子を使った分子トンネル素子の開発

• 研究課題/領域番号: 15K13819
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: デバイス関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 若山 裕 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (00354332)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: トンネル現象 / 分子自己組織化膜 / 縦型トンネルトランジスタ / 自己組織化分子膜 / 縦型トランジスタ / 半導体デバイス / トンネルトランジスタ

研究成果の概要

分子が離散的なエネルギー準位を持つことを利用して、トンネル電流を制御した新しい分子素子を提案することを目的とした。分子としてはp型とn型の半導体分子として、ピセン、フラーレン、もしくはフタロシアニンなどを対象とした。分子膜の上下を絶縁膜で挟み込み、その上下に電極を取り付けたトンネル二重接合を形成し、ここに電圧を印加したとき異なるエネルギー準位に異なる電圧でトンネリングを誘起する多段階トンネル制御に成功した。さらにこのトンネル二重接合にサイドゲートを配線したところ、トンネル電流を変調できた。以上の成果から分子を使った多値スイッチが可能な縦型トンネルトランジスタ開発の基礎が確立できた。

研究成果

• [国際共同研究] Donostia International Physics Center/Univeristy of Basque County(スペイン)
• [雑誌論文] Photoelectron spectroscopic study on monolayer pentacene thin-film/polar ZnO single-crystal hybrid interface (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nagata, Tatsuru Nakamura, Ryoma Hayakawa, Takeshi Yoshimura, Seungjun Oh, Nobuya Hiroshiba, Toyohiro Chikyow, Norifumi Fujimura, Yutaka Wakayama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 10 号: 2 ページ: 0257021-4
  • DOI: 10.7567/apex.10.025702
  • NAID: 210000135772
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier transport properties of MoS2 field-effect transistors produced by multi-step chemical vapor deposition method (2016)
  • 著者名/発表者名: Sinae Heo, Ryoma Hayakawa, Yutaka Wakayama
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 121 号: 2
  • DOI: 10.1063/1.4973491
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overlapping of Frontier Orbitals in Well-Defined DNTT and Picene Monolayers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuri Hasegawa, Yoichi Yamada, Takuya Hosokai, Yutaka Wakayama, Koswattage Rasika, Masahiro Yano and Masahiro Sasaki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 38 ページ: 21536-21542
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b06838
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Substrate-independent growth of atomically precise chiral graphene nanoribbons (2016)
  • 著者名/発表者名: Dimas G. de Oteyza, Aran Garcia-Lekue, Manuel Vilas-Varela, Nestor Merino, Eduard Carbonell-Sanroma, Martina Corso, Guillaume Vasseur, Mikel Abadia, Celia Rogero, Dolores Perez, Enrique Guitian, J. Ignacio Pascual, J. Enrique Ortega, Yutaka Wakayama, Diego Pena
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 10 号: 9 ページ: 9000-9008
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b05269
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] On-surface molecular nanoarchitectonics: From self-assembly to directed-assembly (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Wakayama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55
  • NAID: 210000147202
  • 査読あり
• [学会発表] 分子で操るトンネル電流 (2016)
  • 著者名/発表者名: 若山 裕
  • 学会等名: NIMS week
  • 発表場所: 東京都千代田区 東京フォーラム
  • 年月日: 2016-10-20
• [学会発表] Interface Engineering for Molecule-Based Single-Electron Tunneling Dev ices (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Wakayama, Ryoma Hayakawa, Kenji Higashiguchi, Kenji Matsuda
  • 学会等名: International Conference on Electronic Materials
  • 発表場所: Suntec, Singapore
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Interface Engineering for Molecule-Based Single-Electron Tunneling Devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Wakayama, Ryoma Hayakawa, Kenji Matsuda, Kenji Higashiguchi
  • 学会等名: International Conference on Electronic Materials
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会
• [学会発表] Molecules meet Si: bridging single-molecular function with practical device (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Wakayama
  • 学会等名: 16th Trend in Nanotechnology International Conference
  • 発表場所: Toulouse, France
  • 年月日: 2015-09-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular Functions in Si-based tunneling devices (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Wakayama
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D and Materials Research 2015
  • 発表場所: 韓国釜山
  • 年月日: 2015-06-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 半導体装置 (2016)
  • 発明者名: 若山裕、小橋和義、早川竜馬、知京豊裕
  • 権利者名: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-167281
  • 出願年月日: 2016-08-29