ナノギャップを用いた単一分子の伝導特性計測とセンサ応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15073208
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 染谷 隆夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90292755)
• キーワード: 有機トランジスタ / 科学センサ / ナノデバイス / 分子エレクトロニクス / ナノテクノロジー

研究概要

多くのリソグラフィー技術は、既存の無機電子材料用に開発されたものであい、有機半導体の作製法とはコンパティビリティーが良くなく、レジスト、現像液、有機溶剤、紫外線露光などによって致命的なダメージがもたらされる。本研究では、シリコーンゴムを用いた張り合わせ法によってこのようなプロセス上の問題の多くが回避されることを示した。同様の手法を大幅に簡素化し、かつ高精細の印刷技術を利用して、チャネル長をナノ寸法まで微細化したので、報告する。この手法では、鋳型から模った凹凸のあるシリコーンゴムに金属を直接蒸着したものを電極に用いる。電極の間隔や領域はナノ寸法で制御することが可能である。この金属をコーティングしたシリコーンゴムと有機半導体の間の柔らかい機械的な接触が電気的インターコネクションを可能とする。接合プロセスは可逆的で、室温で行うことができ、また、圧力や粘着層などを必要としない。ただ単に、通常の張り合わせやウエハ融着の手法でできる。この手法は、化学的に壊れやすいもの、あるいはとても薄い材料における電荷輸送現象をナノメートル領域で調べるのに極めて有効なツールを提供する。本節では、有機半導体の薄膜の伝導特性をトランジスタ構造にて電極間隔250μmから150nmまでの広い範囲にわたって調べた。さらに、電極表面に形成された単分子膜の効果を調べた。
トップコンタクトの有機トランジスタの特性を系統的に測定した結果、チャネル長でよくスケールされる様子が示された。スタンプの貼り合わせによる150nmのチャネル長のデバイスについて測定した結果、飽和電流は、ミクロンサイズのスケーリン測と比較して約1/5ほど小さい値になっている。また、on/off比は一桁劣化している。この原因の一部は、コンタクト部分の直列抵抗成分によるものであろう。また、一部は、短チャネル効果である。

研究成果

• [文献書誌] 染谷隆夫: "有機トランジスタの化学センサー応用"機能材料. 3月号. 42 (2004)
• [文献書誌] J.Zaumseil, T.Someya, Z.Bao, Y.L.Loo, R.Cirelli, J.A.Rogers: "Nanoscale.organic transistors that use source/drain electrodes supported by high resolution rubber stamps"Applied Physics Letters. 82(5). 793-795 (2003)
• [文献書誌] N.Tang, B.Shen, Z.W.Zheng, J.Liu, D.J.Chen, J.Lu, R.Zhang, Y.Shi, Y.D.Zheng, Y.S.Gui, C.P.Jiang, Z.J.Qiu, S.L.Guo, J.H.Chu, K.Hoshino, T.Someya, Y.Arakawa: "Magnetoresistance oscillations induced by intersubband scattering of two-dimensional electron gas in A10.22Ga0.78N/GaN heterostructures"Journal of Applied Physics. 94(8). 5420-5422 (2003)
• [文献書誌] R.A.Taylor J.D.Smith, J.R.Rice, J.F.Ryan, T.Someya, Y.Arakawa: "Time-resolved gain dynamics in InGaN MQWs using a Kerr gate"PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS & NANOSTRUCTURES. 17(1-4). 255-257 (2003)
• [文献書誌] Z.W.Zheng, B.Shen, Y.S.Gui, C.P.Jiang, N.Tang, R.Zhang, Y.Shi, Y.D.Zheng, S.L.Guo, G.Z.Zheng, J.H.Chu, T.Someya, Y.Arakawa: "Transport properties of two-dimensional electron gas in different subbands in triangular quantum wells at AlxGa1xN/GaN heterointerfaces"Applied Physics Letters. 82(12). 1872-1874 (2003)
• [文献書誌] Z.W.Zheng, B.Shen, C.P.Jiang, Y.S.Gui, T.Someya, R.Zheng, Y.Shi, Y.D.Zheng, S.L.Guo, J.H.Chu, Y.Arakawa: "Multisubband transport of the two-dimensional electron gas in AlxGa1xN/GaN heterostructures"Journal of Applied Physics. 93(3). 1651-1655 (2003)