JP2003258336A - Molecular device and manufacturing method of the same - Google Patents
Molecular device and manufacturing method of the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種デバイス機能
を備えた分子にて構成される分子デバイス及びその製造
方法に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molecular device composed of molecules having various device functions and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩ（Large scale integration：大
規模集積回路）をベースにした情報処理技術では、ＬＳ
Ｉの集積度にほぼ比例して情報処理能力が向上する。現
在、情報処理能力の高性能化を図るために、主としてＬ
ＳＩの高密度集積化が試みられている。しかしながら、
このようなＬＳＩの高集積化による高性能化は、近い将
来、限界に達し、情報処理能力が飽和するという問題に
直面すると考えられている。2. Description of the Related Art In information processing technology based on LSI (Large Scale Integration), LS
The information processing capability is improved almost in proportion to the degree of integration of I. Currently, in order to improve the information processing capability, mainly L
High-density integration of SI has been attempted. However,
It is considered that such high performance of LSI by high integration will face the problem that the limit will be reached in the near future and the information processing capability will be saturated.
【０００３】そこで、近年、ＬＳＩに代わる新しいデバ
イスとして、個々の分子にデバイス機能を備えてなる分
子デバイスを集積する構造の開発に注目が集まってい
る。この分子デバイスを利用すれば、従来の半導体リソ
グラフィ技術では達成し得なかった高密度電子素子を得
ることができ、小規模回路での高性能化を実現すること
ができると考えられる。Therefore, in recent years, as a new device replacing the LSI, attention has been focused on the development of a structure in which molecular devices each of which has a device function are integrated. By using this molecular device, it is possible to obtain a high-density electronic element that could not be achieved by the conventional semiconductor lithography technology, and it is considered that high performance in a small-scale circuit can be realized.
【０００４】分子デバイスの研究開発は、１９９１年に
飯島澄男氏によって、カーボンナノチューブが発見され
て以来（文献：S.Iijima,Nature,Vol.354,p.56(199
1)）、盛んに行われており、例えば、ナノチューブを用
いた単一電子トランジスタ（文献：S.J.Tans et al.,Na
ture,Vol.386,p.474(1997)）や、ナノチューブを用いた
電界効果トランジスタ（文献：S.J.Tans et al.,Natur
e,Vol.393,p.49(1998)）に関する報告がある。これらの
報告では、ナノスケールギャップを有するドレイン−ソ
ース電極間に単一分子としてのナノチューブを配置して
いる。そして、室温にて測定されたドレイン電流のゲー
ト電圧依存性から、単一分子にて３端子デバイスの動作
を確認している。Research and development of molecular devices has been conducted since the discovery of carbon nanotubes by Sumio Iijima in 1991 (Reference: S. Iijima, Nature, Vol. 354, p. 56 (199).
1)) has been actively conducted, for example, single-electron transistors using nanotubes (reference: SJTans et al., Na
ture, Vol.386, p.474 (1997)) and field effect transistors using nanotubes (reference: SJTans et al., Natur).
e, Vol.393, p.49 (1998)). In these reports, a nanotube as a single molecule is arranged between a drain-source electrode having a nanoscale gap. From the gate voltage dependence of the drain current measured at room temperature, the operation of the 3-terminal device has been confirmed with a single molecule.
【０００５】今後、単一分子の電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ：field-effect transistor）等の分子デバイ
スの集積化や、分子デバイスによる演算の実現に向け
て、さらに安定なデバイス構造や分子材料の探索が行わ
れると予想される。そして、このような分子デバイス
は、トランジスタ、発光ダイオード、受光デバイス、デ
ィスプレイ素子、記憶素子、レーザ、センサ等の各種デ
バイスに応用することができると考えられる。In the future, in order to integrate molecular devices such as single-molecule field-effect transistors (FETs) and realize arithmetic by the molecular devices, more stable device structures and molecular materials will be searched. Expected to take place. It is considered that such a molecular device can be applied to various devices such as a transistor, a light emitting diode, a light receiving device, a display element, a storage element, a laser and a sensor.
【０００６】ところで、上記従来の３端子デバイスで
は、外部より常に制御電圧としてのゲート電圧を印加す
る必要がある。これに対し、近年、ダイナミックな動作
が必要とされない分野では、電圧を印加する電源を必要
とすることなく、制御電位を保持することができるデバ
イスの開発が試みられている。このようなデバイスで
は、制御電位の保持が可能な強誘電性材料を用い、強誘
電体の内部電界（自発分極）を制御電界として利用して
いる。By the way, in the conventional three-terminal device, it is necessary to always apply a gate voltage as a control voltage from the outside. On the other hand, in recent years, in fields where dynamic operation is not required, attempts have been made to develop a device capable of holding a control potential without requiring a power supply for applying a voltage. In such a device, a ferroelectric material capable of holding a control potential is used, and the internal electric field (spontaneous polarization) of the ferroelectric is used as a control electric field.
【０００７】強誘電体は、外部電場によってＤ−Ｅヒス
テリシスを描き、電界０Ｖにおいても自発分極を有す
る。この自発分極量とＦＥＴの動作に必要な誘起電荷と
が同程度である場合、電源からのゲート電圧を印加する
ことなく、ＦＥＴ型強誘電体メモリのオン状態及びオフ
状態を作ることができると考えられる。The ferroelectric substance exhibits D-E hysteresis due to an external electric field and has spontaneous polarization even at an electric field of 0V. When the amount of spontaneous polarization and the induced charge necessary for the operation of the FET are approximately the same, it is possible to create the ON state and the OFF state of the FET type ferroelectric memory without applying a gate voltage from the power source. Conceivable.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で、強誘電体の自発分極を利用した分子デバイスは、開
発されていない。However, a molecular device utilizing the spontaneous polarization of a ferroelectric has not been developed so far.
【０００９】また、上記従来のＦＥＴ型強誘電体メモリ
では、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の２次元的な
強誘電性薄膜上に、ＦＥＴを積層した構造が主流となっ
ている。このような積層型のデバイス構造では、強誘電
性薄膜とＦＥＴの活性層とが平面にて接しているため、
強誘電性薄膜からＦＥＴへの制御電圧の印加を効率よく
行うことができる。これに対し、例えば、ナノチューブ
等の３次元的な構造を有する分子を用いた場合、上記の
ように強誘電性薄膜上に分子を配置しても、分子と強誘
電性薄膜とは平面にて接することができず、接触面積が
小さくなるという問題がある。In the conventional FET type ferroelectric memory described above, a structure in which an FET is laminated on a two-dimensional ferroelectric thin film such as lead zirconate titanate (PZT) is predominant. In such a laminated device structure, the ferroelectric thin film and the active layer of the FET are in contact with each other in a plane,
It is possible to efficiently apply the control voltage from the ferroelectric thin film to the FET. On the other hand, for example, when a molecule having a three-dimensional structure such as a nanotube is used, even if the molecule is arranged on the ferroelectric thin film as described above, the molecule and the ferroelectric thin film are flat. There is a problem that they cannot be in contact with each other and the contact area becomes small.
【００１０】つまり、図６（ａ）に示すように、例え
ば、ナノチューブ５５を用いた分子ＦＥＴ５０では、強
誘電性薄膜５６とゲート電極５４とを有する基板５１上
に、ドレイン電極５２とソース電極５３とが形成されて
いる。そして、ドレイン電極５２及びソース電極５３の
双方に接触するように、ナノチューブ５５の両端部分が
配置され、ドレイン電極５２とソース電極５３との間に
て、強誘電性薄膜５６に沿うように、ナノチューブ５５
が配置されている。That is, as shown in FIG. 6A, for example, in a molecular FET 50 using a nanotube 55, a drain electrode 52 and a source electrode 53 are provided on a substrate 51 having a ferroelectric thin film 56 and a gate electrode 54. And are formed. Then, both ends of the nanotube 55 are arranged so as to be in contact with both the drain electrode 52 and the source electrode 53, and the nanotube is arranged between the drain electrode 52 and the source electrode 53 along the ferroelectric thin film 56. 55
Are arranged.
【００１１】そのため、ナノチューブ５５の側面が強誘
電性薄膜５６に線接触することになり、接触面積が小さ
くなってしまう。また、ドレイン電極５２及びソース電
極５３のそれぞれに接触するナノチューブ５５の両端部
分付近では、ナノチューブ５５と強誘電性薄膜５６との
間に空間５７が生じ、空気による容量が発生することに
なる。Therefore, the side surface of the nanotube 55 comes into line contact with the ferroelectric thin film 56, and the contact area becomes small. In addition, in the vicinity of both ends of the nanotube 55 that is in contact with the drain electrode 52 and the source electrode 53, respectively, a space 57 is created between the nanotube 55 and the ferroelectric thin film 56, and a capacity due to air is generated.
【００１２】また、上記分子ＦＥＴ５０は、強誘電性薄
膜５６を分極させるために、プローブ顕微鏡等によって
ポーリング処理（分極処理）が施される。このポーリン
グ処理により強誘電性薄膜５６が分極しても、図６
（ｂ）の矢印にて示すように、ナノチューブ５５との接
触面積が小さいため、強誘電性薄膜５６からナノチュー
ブ４４に対して効率的な制御電圧の印加を行うことがで
きない。The molecular FET 50 is subjected to poling processing (polarization processing) by a probe microscope or the like in order to polarize the ferroelectric thin film 56. Even if the ferroelectric thin film 56 is polarized by this poling treatment,
As shown by the arrow in (b), since the contact area with the nanotube 55 is small, it is not possible to efficiently apply the control voltage from the ferroelectric thin film 56 to the nanotube 44.
【００１３】このように、上記分子ＴＦＴ５０では、強
誘電性薄膜５６から与えられる電界が小さく、かつ不均
一となり、効率的な制御電圧の印加を行うことができな
い。As described above, in the molecular TFT 50, the electric field applied from the ferroelectric thin film 56 is small and non-uniform, so that the control voltage cannot be efficiently applied.
【００１４】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、ナノチューブ
等の半導体性分子に各種デバイス機能を備えてなる分子
デバイスに対して与えられる制御電圧を、強誘電性材料
によって制御し得る、新規な分子デバイス及びその製造
方法を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and its object is to provide control provided to a molecular device in which semiconducting molecules such as nanotubes have various device functions. It is an object of the present invention to provide a novel molecular device in which the voltage can be controlled by a ferroelectric material and a manufacturing method thereof.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の分子デバイス
は、上記課題を解決するために、半導体性分子を含んで
なっている分子デバイスであって、半導体性分子が強誘
電性物質にて被覆されていることを特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems, the molecular device of the present invention is a molecular device containing semiconductor molecules, wherein the semiconductor molecules are coated with a ferroelectric substance. It is characterized by being.
【００１６】上記の構成によれば、分子デバイスは強誘
電性物質を含んでなっているので、強誘電性物質が有す
る自発分極の影響を受けて、半導体性分子には、電界が
加えられる。また、強誘電性物質は、半導体性分子を覆
うように形成されているので、強誘電性物質から均一な
電界が半導体性分子に与えられ、強誘電性物質の自発分
極部位を半導体性分子に接近させることができる。According to the above structure, since the molecular device contains the ferroelectric substance, an electric field is applied to the semiconductor molecule under the influence of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance. Further, since the ferroelectric substance is formed so as to cover the semiconductor molecule, a uniform electric field is applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule, and the spontaneous polarization site of the ferroelectric substance is changed to the semiconductor molecule. Can be brought closer.
【００１７】さらに、この電気的な相互作用は、強誘電
性物質と半導体性分子との距離の逆数に依存するため、
上記の構成により、この距離を非常に小さくすることが
できるので、半導体性分子に与えられる電界を大きくす
ることができる。また、強誘電性物質と半導体性分子と
の接触面積を十分に確保することもできる。これによ
り、半導体性分子は、強誘電性物質の自発分極の影響を
受けて、半導体性分子内での電荷の蓄積を効率よく行う
ことができる。Furthermore, since this electrical interaction depends on the reciprocal of the distance between the ferroelectric substance and the semiconducting molecule,
With the above structure, this distance can be made extremely small, so that the electric field applied to the semiconductor molecule can be increased. It is also possible to secure a sufficient contact area between the ferroelectric substance and the semiconductor molecule. As a result, the semiconducting molecule is affected by the spontaneous polarization of the ferroelectric substance and can efficiently accumulate charges in the semiconducting molecule.
【００１８】このように、強誘電性物質の自発分極を利
用することによって、半導体性分子に電界を印加するこ
とができる。半導体性分子に印加される電界は、半導体
性分子に働く制御電圧となり、分子デバイスのスイッチ
ング動作やキャリア移動度を制御することができる。こ
れにより、分子デバイスの駆動に要していた消費電力を
低減することができる。As described above, an electric field can be applied to the semiconductor molecules by utilizing the spontaneous polarization of the ferroelectric substance. The electric field applied to the semiconducting molecules serves as a control voltage that acts on the semiconducting molecules, and can control the switching operation and carrier mobility of the molecular device. As a result, the power consumption required to drive the molecular device can be reduced.
【００１９】さらに、強誘電性物質は、外部電場を印加
した後に、分極反転させる電場が印加されない限り、強
誘電性物質の自発分極が保持されて不揮発性となる。つ
まり、強誘電性物質を用いてなる分子デバイスは、電源
を切っても、電源を切る直前の状態を記憶することがで
きるので、記憶素子や超伝導素子に用いることができ
る。Further, the ferroelectric substance becomes non-volatile because the spontaneous polarization of the ferroelectric substance is retained unless an electric field for reversing the polarization is applied after the external electric field is applied. That is, since a molecular device using a ferroelectric substance can store the state immediately before the power is turned off even when the power is turned off, it can be used as a storage element or a superconducting element.
【００２０】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記強誘電性物質は、自発分極が
制御されてなっていることを特徴としている。The molecular device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned molecular device, the ferroelectric substance is controlled in spontaneous polarization.
【００２１】上記の構成によれば、強誘電性物質は、分
極処理により、自発分極の方向を容易に変えることがで
きる。そのため、強誘電性物質から半導体性分子に及ぼ
される電界の方向を容易に制御することができる。According to the above structure, the ferroelectric substance can easily change the direction of spontaneous polarization by the polarization treatment. Therefore, the direction of the electric field applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule can be easily controlled.
【００２２】また、強誘電性物質に印加される電圧の大
きさが制御されている。これにより、強誘電性物質の自
発分極の大きさを制御することができ、さらに、半導体
性分子に印加される電圧の大きさを制御することができ
る。The magnitude of the voltage applied to the ferroelectric substance is controlled. Thereby, the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric substance can be controlled, and further, the magnitude of the voltage applied to the semiconductor molecule can be controlled.
【００２３】このように、強誘電性物質の自発分極の方
向及び大きさが制御されているので、半導体性分子に印
加される制御電圧の方向及び大きさを制御することがで
きる。その結果、分子デバイスの使用目的に応じて、ス
イッチング動作やキャリア移動度を制御することができ
る。これにより、消費電力を低減した分子デバイスを提
供することができる。As described above, since the direction and the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance are controlled, the direction and the magnitude of the control voltage applied to the semiconductor molecule can be controlled. As a result, the switching operation and carrier mobility can be controlled according to the purpose of use of the molecular device. Thereby, a molecular device with reduced power consumption can be provided.
【００２４】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記強誘電性物質は、強誘電性有
機分子であることを特徴としている。Further, the molecular device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned molecular device, the ferroelectric substance is a ferroelectric organic molecule.
【００２５】上記強誘電性有機分子は、外力による変形
に強く、フレキシブル性に優れている。また、強誘電性
有機分子が半導体性分子を被覆するように形成される際
に、温度を制御することによって、半導体性分子の周囲
での強誘電性有機分子の移動を制御することができる。
そのため、上記の構成により、強誘電性有機分子による
半導体性分子全面の被覆を容易に行うことができる。The above ferroelectric organic molecule is strong in deformation due to external force and excellent in flexibility. Further, by controlling the temperature when the ferroelectric organic molecule is formed so as to cover the semiconductor molecule, the movement of the ferroelectric organic molecule around the semiconductor molecule can be controlled.
Therefore, with the above configuration, it is possible to easily cover the entire surface of the semiconductor molecule with the ferroelectric organic molecule.
【００２６】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記半導体性分子は、半導体性有
機分子であることを特徴としている。Further, the molecular device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned molecular device, the semiconducting molecule is a semiconducting organic molecule.
【００２７】上記の構成によれば、半導体性有機分子を
用いているので、強誘電性物質の自発分極の影響を受け
て、半導体性有機分子に効率よく電荷を蓄積することが
できる。これにより、半導体性有機分子内に生じたキャ
リアの移動方向及び移動度を効率よく制御することがで
きる。その結果、分子デバイスのスイッチング動作やキ
ャリア移動度を好適に制御することが可能になる。According to the above structure, since the semiconducting organic molecule is used, charges can be efficiently accumulated in the semiconducting organic molecule under the influence of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance. This makes it possible to efficiently control the movement direction and mobility of carriers generated in the semiconducting organic molecule. As a result, it becomes possible to suitably control the switching operation and carrier mobility of the molecular device.
【００２８】また、本発明の分子デバイスの製造方法
は、半導体性分子を用いて形成される分子デバイスの製
造方法であって、半導体性分子を覆うように強誘電性物
質を形成することを特徴としている。The method of manufacturing a molecular device of the present invention is a method of manufacturing a molecular device formed by using semiconducting molecules, characterized in that a ferroelectric substance is formed so as to cover the semiconducting molecules. I am trying.
【００２９】上記の方法によれば、強誘電性物質が有す
る自発分極の影響を受けて、半導体性分子に電界を加え
ることができる。強誘電性物質は半導体性分子を覆うよ
うに形成されるので、強誘電性物質から均一な電界が半
導体性分子に与えられ、強誘電性物質の自発分極部位を
半導体性分子に接近させることができる。さらに、強誘
電性物質と半導体性分子との接触面積が十分に確保され
ているので、半導体性分子内での電荷の蓄積を効率よく
行うことができる。According to the above method, an electric field can be applied to the semiconductor molecule under the influence of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance. Since the ferroelectric substance is formed so as to cover the semiconductor molecule, a uniform electric field is applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule, so that the spontaneous polarization part of the ferroelectric substance can be brought close to the semiconductor molecule. it can. Further, since the contact area between the ferroelectric substance and the semiconducting molecule is sufficiently secured, the charge can be efficiently accumulated in the semiconducting molecule.
【００３０】また、本発明の分子デバイスの製造方法
は、上記の分子デバイスの製造方法において、上記強誘
電性物質の自発分極を制御して形成することを特徴とし
ている。The method for producing a molecular device of the present invention is characterized in that, in the method for producing a molecular device, the spontaneous polarization of the ferroelectric substance is controlled and formed.
【００３１】上記の方法によれば、強誘電性物質は、分
極処理により、自発分極の方向を容易に変えることがで
きるため、強誘電性物質から半導体性分子に及ぼされる
電界の方向を容易に制御することができる。また、印加
される電圧の大きさによって、強誘電性物質の自発分極
の大きさも制御されている。このように、半導体性分子
に印加される制御電圧の方向及び大きさを制御すること
ができるので、分子デバイスのスイッチング動作やキャ
リア移動度を制御することができる。According to the above method, since the ferroelectric substance can easily change the direction of spontaneous polarization by the polarization treatment, the direction of the electric field applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule can be easily changed. Can be controlled. In addition, the magnitude of the applied voltage also controls the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric substance. Since the direction and magnitude of the control voltage applied to the semiconducting molecule can be controlled in this manner, the switching operation and carrier mobility of the molecular device can be controlled.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、
以下の通りである。なお、以下では、本実施の形態の分
子デバイスとして、分子電界効果トランジスタ（以下、
分子ＴＦＴと記載する）を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiment 1] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
It is as follows. In the following, as the molecular device of the present embodiment, a molecular field effect transistor (hereinafter,
It will be described using a molecular TFT).
【００３３】分子ＴＦＴ１０は、図１（ａ）に示すよう
に、基板１１上に、該基板１１に対して絶縁性を保つよ
うに、ドレイン電極１２とソース電極１３とが配置され
ている。また、ドレイン電極１２とソース電極１３との
間（以下、ドレイン−ソース電極間と記載する）に、半
導体性分子であるナノチューブ１５を配置している。さ
らに、強誘電性材料によって、ナノチューブ１５の全面
を覆うように、強誘電体１８（強誘電性物質）を形成し
ている。In the molecular TFT 10, as shown in FIG. 1A, a drain electrode 12 and a source electrode 13 are arranged on a substrate 11 so as to maintain insulation with respect to the substrate 11. Further, a nanotube 15 which is a semiconductor molecule is arranged between the drain electrode 12 and the source electrode 13 (hereinafter, referred to as a drain-source electrode). Further, a ferroelectric material (ferroelectric substance) is formed by a ferroelectric material so as to cover the entire surface of the nanotube 15.
【００３４】基板１１としては、基板１１上に形成され
ているドレイン電極１２及びソース電極１３と、基板１
１との間の絶縁性を保つことができれば、特に限定され
るものではない。導電性の物質を基板１１として用いる
場合には、導電性物質の表面を絶縁性の膜にて覆って、
絶縁性を確保すればよい。As the substrate 11, the drain electrode 12 and the source electrode 13 formed on the substrate 11, and the substrate 1
There is no particular limitation as long as it can maintain the insulating property with respect to No. 1. When a conductive substance is used as the substrate 11, the surface of the conductive substance is covered with an insulating film,
Insulation should be secured.
【００３５】上記基板１１としては、具体的には、表
面が酸化膜によって覆われたシリコン基板、ＢＳＴ
（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3）等の高い誘電率を有する基
板、強誘電体にて形成される基板、表面が白金薄膜
によって覆われたＭｇＯ、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）、サ
ファイア等の基板、表面が金薄膜によって覆われた雲
母基板、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮａＣｌ等のアルカリハラ
イド単結晶基板等が挙げられる。上記のうち、表面が酸
化膜によって覆われたシリコン基板、表面が白金薄膜に
よって覆われたＭｇＯ基板、表面が金薄膜によって覆わ
れた雲母基板、アルカリハライド単結晶基板が特に好ま
しい。The substrate 11 is specifically a silicon substrate whose surface is covered with an oxide film, or BST.
A substrate having a high dielectric constant such as ((Ba, Sr) TiO 3 ), a substrate formed of a ferroelectric substance, a substrate such as MgO, STO (SrTiO 3 ), sapphire whose surface is covered with a platinum thin film, a surface Examples thereof include a mica substrate covered with a gold thin film, an alkali halide single crystal substrate such as KCl, KBr, and NaCl. Among the above, a silicon substrate whose surface is covered with an oxide film, a MgO substrate whose surface is covered with a platinum thin film, a mica substrate whose surface is covered with a gold thin film, and an alkali halide single crystal substrate are particularly preferable.
【００３６】また、基板１１が、後述するゲート電極も
しくはポーリング電極としての機能を兼ね備えている場
合には、基板１１として導電性物質を用い、ドレイン電
極１２及びソース電極１３が形成される面を、絶縁性の
膜にて覆えばよい。例えば、後述する強誘電性材料によ
って、基板１１上に絶縁膜を形成してもよい。When the substrate 11 also has a function as a gate electrode or a poling electrode which will be described later, a conductive material is used as the substrate 11 and the surface on which the drain electrode 12 and the source electrode 13 are formed is It may be covered with an insulating film. For example, you may form an insulating film on the board | substrate 11 with the ferroelectric material mentioned later.
【００３７】ナノチューブ１５は、網目構造（ネット）
を基本骨格とするナノスケールのチューブ状の構造物で
ある。このようなナノスケールの構造物（以下、ナノ構
造物と記載する）としては、ナノチューブ以外に、ナノ
コーン、ナノケージ、ナノカプセル、ナノチャプレッ
ト、フラーレン等を挙げることができる。これらのナノ
構造物は、炭素（Ｃ）にて形成されるカーボンナノ構造
物であってもよく、また、Ｃ、ホウ素（Ｂ）、窒素
（Ｎ）のうちの少なくとも一つを有して形成されている
Ｂ−Ｃ−Ｎ系ナノ構造物であってもよい。また、ナノ構
造物は、単層構造であっても複層構造であってもよい。
さらに、ナノ構造物の基本骨格の一部が、上記以外の原
子によって置換されていてもよい。The nanotube 15 has a net structure.
It is a nanoscale tubular structure with a basic skeleton. Examples of such nanoscale structures (hereinafter referred to as nanostructures) include nanocones, nanocages, nanocapsules, nanochaplets, fullerenes, and the like, in addition to nanotubes. These nanostructures may be carbon nanostructures formed of carbon (C), and may be formed by including at least one of C, boron (B), and nitrogen (N). It may be a B-C-N based nanostructure which has been used. The nanostructure may have a single-layer structure or a multi-layer structure.
Further, a part of the basic skeleton of the nanostructure may be replaced with an atom other than the above.
【００３８】なお、本実施の形態では、ナノチューブ１
５を用いているが、半導体性分子であれば特に限定され
ない。ここで、半導体性分子とは、半導体特性を備えて
いる分子であればよく、導電性分子や絶縁性分子に半導
体特性を備えた分子も含むものとする。半導体性分子と
しては、特に、半導体特性を有する有機分子であること
が好ましい。具体的には、ナノチューブ、ナノコーン、
ナノケージ、ナノカプセル、ナノチャプレット、フラー
レン等のナノ構造物や、ジベンゾアントラセン、ペンタ
セン、チオフェン等の環式又は複素環式化合物が好まし
い。In this embodiment, the nanotube 1
Although 5 is used, it is not particularly limited as long as it is a semiconductor molecule. Here, the semiconducting molecule only needs to be a molecule having a semiconductor characteristic, and also includes a molecule having a semiconductor characteristic in a conductive molecule or an insulating molecule. The semiconducting molecule is preferably an organic molecule having semiconductor characteristics. Specifically, nanotubes, nanocones,
Nanostructures such as nanocages, nanocapsules, nanochaplets, and fullerenes, and cyclic or heterocyclic compounds such as dibenzoanthracene, pentacene, and thiophene are preferable.
【００３９】強誘電体１８を形成する強誘電性材料とし
ては、自発分極（内部電界）を有する物質であれば、特
に限定されず、無機強誘電性材料あっても、有機強誘電
性材料であってもよい。具体的には、無機強誘電性材料
として、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を挙げること
ができる。The ferroelectric material forming the ferroelectric body 18 is not particularly limited as long as it is a substance having spontaneous polarization (internal electric field), and even if it is an inorganic ferroelectric material, it is an organic ferroelectric material. It may be. Specifically, examples of the inorganic ferroelectric material include lead zirconate titanate (PZT).
【００４０】また、有機強誘電性材料である強誘電性有
機分子としては、強誘電性を有する有機分子であればよ
く、有機分子が重合したオリゴマーやポリマーを含む。The ferroelectric organic molecule which is an organic ferroelectric material may be any organic molecule having ferroelectricity, and includes oligomers and polymers obtained by polymerizing organic molecules.
【００４１】具体的には、フッ化ビニリデンのオリゴマ
ーやポリマー（ＣＦ3−（ＣＨ2ＣＦ 2）n−Ｉ、ＶＤＦ重
合体）が挙げられる。なお、ＶＤＦ重合体の末端のヨウ
素（−Ｉ）は、他のハロゲンや−ＣＦ3に置き換わって
もよい。さらに、ＶＤＦ重合体の両末端がＣＨ3に置き
換わってもよい。また、ＶＤＦ重合体の鎖長は、特に限
定されないが、ｎ＝１〜１００であるＶＤＦオリゴマー
が特に好ましい。Specifically, vinylidene fluoride oligomer
-Polymer (CF3-(CH2CF 2)n-I, VDF heavy
Union). The iodine at the end of the VDF polymer
Element (-I) is another halogen or -CF3Replaced by
Good. Furthermore, both ends of the VDF polymer are CH3Put on
You may change. The chain length of the VDF polymer is not particularly limited.
VDF oligomer with n = 1 to 100, although not defined
Is particularly preferable.
【００４２】また、ＶＤＦ重合体の−（ＣＨ2ＣＦ2）n
−をｎ＞１００としてポリマー化したＶＤＦポリマー
（ＰＶＤＦ）と、トリフルオロエチレン（ＣＨＣＦ3）
との共重合体であるＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）であっても
よい。さらに、フッ化ビニリデンの（ＣＨ2ＣＦ2）のフ
ッ素（Ｆ）は、シアン（ＣＮ）に置き換わっていてもよ
い。The VDF polymer,-(CH 2 CF 2 ) n, is also used.
- and the n> 100 as polymerized was VDF polymer (PVDF), trifluoroethylene (CHCF 3)
It may be P (VDF / TrFE) which is a copolymer of Further, the fluorine (F) of (CH 2 CF 2 ) of vinylidene fluoride may be replaced with cyan (CN).
【００４３】上記の強誘電性有機分子の他、シアン化ビ
ニリデン（−（ＣＨ2Ｃ（ＣＮ）2） n−、ＶＤＣＮ）の
オリゴマーやポリマー、フッ化ビニリデンとテトラフル
オロエチレン（−（ＣＦ2ＣＦ2）n−）との共重合体で
あるＰ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）、ナイロン１１であっても
よい。In addition to the above ferroelectric organic molecule, cyanide cyanide
Nilidene (-(CH2C (CN)2) n-, VDCN)
Oligomers and polymers, vinylidene fluoride and tetraflu
Polyethylene (-(CF2CF2)n-) Is a copolymer with
Even P (VDF / TeFE), Nylon 11
Good.
【００４４】上記いずれの重合体においても、鎖長は特
に限定されないが、ｎ＝１〜１００程度のオリゴマーが
特に好ましい。In any of the above polymers, the chain length is not particularly limited, but oligomers with n = 1 to 100 are particularly preferable.
【００４５】上記強誘電性有機分子は、外部から加えら
れた力による変形に強いため、フレキシブル性に優れて
いる。そのため、強誘電性有機分子によって被覆された
ナノチューブ１５等の半導体性分子を有してなる分子Ｔ
ＦＴ１０等の分子デバイスを、次世代フレキシブル素子
として利用することが可能である。The above-mentioned ferroelectric organic molecules are excellent in flexibility because they are strong in deformation due to a force applied from the outside. Therefore, the molecule T having the semiconducting molecule such as the nanotube 15 covered with the ferroelectric organic molecule
A molecular device such as FT10 can be used as a next-generation flexible element.
【００４６】また、強誘電性有機分子は、後述するよう
に、ナノチューブ１５をドレイン−ソース電極間に配置
する際に、ナノチューブ１５とともに溶媒中に溶かして
用いることもできる。そのため、ナノチューブ１５を覆
う強誘電体１８を容易に形成することができる。また、
強誘電性有機分子として用いられる重合体のうち、オリ
ゴマーは、蒸着法によってナノチューブ１５を覆う際
に、分解することなく蒸着させることができるので、特
に好ましい。As will be described later, the ferroelectric organic molecule can be used by dissolving it in a solvent together with the nanotube 15 when disposing the nanotube 15 between the drain and source electrodes. Therefore, the ferroelectric 18 that covers the nanotube 15 can be easily formed. Also,
Of the polymers used as the ferroelectric organic molecules, oligomers are particularly preferable because they can be deposited without decomposition when covering the nanotubes 15 by the vapor deposition method.
【００４７】また、基板１１の温度を制御することによ
って、基板１１表面での強誘電性有機分子の移動を制御
することができるので、ナノチューブ１５の底面や側面
等の表面を覆う強誘電体１８を好適に形成することがで
きる。Further, by controlling the temperature of the substrate 11, the movement of the ferroelectric organic molecules on the surface of the substrate 11 can be controlled, so that the ferroelectric substance 18 covering the bottom surface, the side surface, etc. of the nanotube 15 can be controlled. Can be preferably formed.
【００４８】以上の理由により、強誘電体１８を形成す
る強誘電性材料としては、好ましくは、強誘電性有機分
子がよく、さらに好ましくは、重合体のうちオリゴマー
がよい。また、強誘電性材料に対して、適宜ポーリング
処理（分極処理）を施してもよい。For the above reasons, the ferroelectric material forming the ferroelectric 18 is preferably a ferroelectric organic molecule, and more preferably an oligomer among polymers. Further, the ferroelectric material may be appropriately subjected to poling treatment (polarization treatment).
【００４９】上記の構成を有する分子ＴＦＴ１０は、後
述するように、強誘電体１８にポーリング処理を施すた
めに、図２に示すように、外部電圧２５によって一時的
に電界が加えられる。これにより、図１（ａ）に示すよ
うに、強誘電体１８の分子鎖２１が配列し、強誘電体１
８の自発分極（内部電界）方向が揃えられる。そして、
強誘電体１８とナノチューブ１５との境界領域に、強誘
電体１８によって、分子ＴＦＴ１０に電子チャネル（δ
−）２２又はホールチャネル（δ＋）２３、もしくはこ
れら２つのチャネルが形成される。In the molecular TFT 10 having the above structure, an electric field is temporarily applied by the external voltage 25 as shown in FIG. 2 in order to perform the poling process on the ferroelectric substance 18, as described later. As a result, as shown in FIG. 1A, the molecular chains 21 of the ferroelectric substance 18 are arranged, and the ferroelectric substance 1
The spontaneous polarization (internal electric field) directions of 8 are aligned. And
At the boundary region between the ferroelectric substance 18 and the nanotube 15, the ferroelectric substance 18 causes an electron channel (δ
−) 22 or hole channel (δ +) 23, or these two channels are formed.
【００５０】このように、ナノチューブ１５と強誘電体
１８との境界領域に、チャネルが形成されるので、分子
ＴＦＴ１０は、制御電圧が印加された場合と同じ状態と
なる。In this way, since a channel is formed in the boundary region between the nanotube 15 and the ferroelectric substance 18, the molecular TFT 10 is in the same state as when the control voltage is applied.
【００５１】また、強誘電体１８は、ナノチューブ１５
全体を覆うように形成されている。そのため、強誘電体
１８が自発分極することにより、ナノチューブ１５は、
図１（ｂ）に示すように、強誘電体１８の分極ポテンシ
ャルによって覆われた状態となる。これにより、強誘電
体１８からナノチューブ１５に与えられる電界が均一と
なるとともに、強誘電体１８の自発分極部位をナノチュ
ーブ１５に対してより接近させることができる。さら
に、強誘電体１８とナノチューブ１５との接触面積が十
分に確保されているので、ナノチューブ１５への電荷の
蓄積を効率よく行うことができる。Further, the ferroelectric substance 18 is the nanotube 15
It is formed so as to cover the whole. Therefore, the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18 causes the nanotube 15 to
As shown in FIG. 1B, the ferroelectric substance 18 is covered with the polarization potential. As a result, the electric field applied from the ferroelectric 18 to the nanotube 15 becomes uniform, and the spontaneous polarization portion of the ferroelectric 18 can be brought closer to the nanotube 15. Furthermore, since the contact area between the ferroelectric substance 18 and the nanotube 15 is sufficiently secured, the charge can be efficiently accumulated in the nanotube 15.
【００５２】また、ナノチューブ１５は、強誘電体１８
によって被覆されているので、空気との接合部がほとん
どなく、空気による容量が生じることはない。そのた
め、図１（ｂ）の矢印にて示すように、強誘電体１８か
らナノチューブ１５への電荷の蓄積を効率よく行うこと
ができる。Further, the nanotube 15 is composed of the ferroelectric substance 18
Since it is covered with, there is almost no joint with air, and no volume is created by air. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 1B, the charge can be efficiently accumulated from the ferroelectric 18 to the nanotube 15.
【００５３】さらに、上記強誘電体１８の自発分極の強
さは、印加する外部電圧２５（図２）の大きさに依存す
る。また、強誘電体１８の自発分極部位としての上記チ
ャネルは、図１（ａ）に示すように、分子鎖２１の配向
方向に応じて形成されるので、強誘電体１８の自発分極
の方向を変えることによって、容易に制御電圧の印加方
向を変えることができる。さらに、ナノチューブ１５に
印加された制御電圧は、強誘電体１８の自発分極を利用
しているため、無電源下においても、該制御電圧を保持
することができる。Furthermore, the strength of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18 depends on the magnitude of the applied external voltage 25 (FIG. 2). Moreover, since the above-mentioned channel as the spontaneous polarization portion of the ferroelectric substance 18 is formed according to the orientation direction of the molecular chain 21 as shown in FIG. 1A, the direction of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18 is changed. By changing the direction, the application direction of the control voltage can be easily changed. Further, since the control voltage applied to the nanotube 15 uses the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18, the control voltage can be maintained even under no power supply.
【００５４】以上のように、ナノチューブ１５を取り囲
むポテンシャル場を、強誘電体１８によって制御してい
る。つまり、強誘電体１８が自発分極している場合に
は、ナノチューブ１５が強誘電体１８の分極ポテンシャ
ルの影響を受けて、制御電圧が印加された状態となり、
分子ＴＦＴ１０を制御することができる。例えば、図２
に示すように、外部電圧２５にて、分極方向を上向き又
は下向きというように変化させることにより、オン・オ
フ状態を定義したり、あるいは、分極ポテンシャルの有
無により、オン・オフ状態を定義することができる。こ
のような強誘電体１８の自発分極を利用して、分子ＴＦ
Ｔ１０のスイッチング動作を制御することができる。As described above, the ferroelectric 18 controls the potential field surrounding the nanotube 15. That is, when the ferroelectric substance 18 is spontaneously polarized, the nanotube 15 is affected by the polarization potential of the ferroelectric substance 18, and the control voltage is applied.
The molecular TFT 10 can be controlled. For example, in FIG.
As shown in Fig. 3, the on / off state is defined by changing the polarization direction upward or downward with the external voltage 25, or the on / off state is defined depending on the presence or absence of the polarization potential. You can By utilizing such spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18, the molecular TF
The switching operation of T10 can be controlled.
【００５５】それゆえ、制御電圧として印加されている
ゲート電圧を低減し、もしくは、ゲート電圧を必要とす
ることなく、分子ＴＦＴ１０をオン・オフ状態とするこ
とができる。これにより、分子ＴＦＴ１０の駆動時に必
要となる消費電力を低減することができる。また、この
性質を利用すれば、分子ＴＦＴ１０を用いた電極や電気
配線、マイクロプロセッサ、発光ディスプレイ等、種々
の方面へ応用することができる。Therefore, the molecular TFT 10 can be turned on / off without reducing the gate voltage applied as the control voltage or requiring the gate voltage. As a result, the power consumption required when driving the molecular TFT 10 can be reduced. Further, by utilizing this property, it can be applied to various fields such as electrodes and electric wiring using the molecular TFT 10, a microprocessor, and a light emitting display.
【００５６】さらに、強誘電体１８の自発分極は、自発
分極を反転させるような外部電場が印加されない限り維
持される。そのため、強誘電体１８の自発分極方向を揃
えるための電源を切った場合にも、電源を切る直前の状
態を記憶し、その情報を保持することができる。この性
質を利用することによって、不揮発性のメモリや超伝導
素子を構築することができる。Furthermore, the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18 is maintained unless an external electric field that reverses the spontaneous polarization is applied. Therefore, even when power is turned off to align the spontaneous polarization directions of the ferroelectric substance 18, the state immediately before the power is turned off can be stored and the information can be retained. By utilizing this property, a non-volatile memory or superconducting element can be constructed.
【００５７】次に、上記分子ＴＦＴ１０の製造方法につ
いて、図１（ａ）に基づいて説明する。Next, a method of manufacturing the molecular TFT 10 will be described with reference to FIG.
【００５８】基板１１として導電性の物質を用い、該基
板１１上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に、真空蒸着法
やスパッタリング法等により、ドレイン電極１２及びソ
ース電極１３を形成する。次いで、キャスト法や電界配
向法等により、ドレイン−ソース電極間にナノチューブ
１５を配置する。具体的には、ナノチューブ１５をＤＭ
Ｆ（ジメチルホルムアミド）やエタノール等の溶媒に分
散させて、絶縁膜を形成した基板１１上に展開し、ドレ
イン−ソース電極間にナノチューブ１５を配置する。そ
の後、蒸着法、キャスト法、ＣＶＤ法等によって、強誘
電性材料にてナノチューブ１５の表面全体を被覆し、強
誘電体１８を形成する。A conductive substance is used as the substrate 11, an insulating film is formed on the substrate 11, and the drain electrode 12 and the source electrode 13 are formed on the insulating film by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Next, the nanotube 15 is arranged between the drain and source electrodes by a casting method, an electric field orientation method, or the like. Specifically, the nanotube 15 is DM
It is dispersed in a solvent such as F (dimethylformamide) or ethanol and developed on the substrate 11 on which the insulating film is formed, and the nanotube 15 is arranged between the drain and source electrodes. After that, the entire surface of the nanotube 15 is covered with a ferroelectric material by a vapor deposition method, a casting method, a CVD method, or the like to form the ferroelectric body 18.
【００５９】上記強誘電性材料として強誘電性有機分子
を用い、蒸着法によってナノチューブ１５の被覆を行う
場合には、基板１１上にて、強誘電性有機分子の移動
（分子マイグレーション）を制御可能な程度に、あらか
じめ基板１１の温度を制御する。基板１１の温度は、用
いる強誘電性材料によって適宜設定すればよい。例え
ば、強誘電性材料として、ＣＦ3−（ＣＨ2ＣＦ2）17−
Ｉ（以下、ＶＤＦオリゴマーと記載する）を用いる場合
には、基板温度を−１００℃〜１１０℃に設定するとよ
く、好ましくは、−１００℃〜７０℃がよい。When ferroelectric organic molecules are used as the above-mentioned ferroelectric material and the nanotubes 15 are coated by the vapor deposition method, movement (molecular migration) of the ferroelectric organic molecules can be controlled on the substrate 11. The temperature of the substrate 11 is controlled in advance to some extent. The temperature of the substrate 11 may be appropriately set depending on the ferroelectric material used. For example, a ferroelectric material, CF 3 - (CH 2 CF 2) 17 -
When I (hereinafter referred to as VDF oligomer) is used, the substrate temperature may be set to −100 ° C. to 110 ° C., preferably −100 ° C. to 70 ° C.
【００６０】また、強誘電性有機分子の蒸着速度は、形
成される強誘電体１８がアモルファス的にならないよう
に制御する。上記ＶＤＦオリゴマーを用いる場合には、
０．１ｎｍ／ｍｉｎ〜５０ｎｍ／ｍｉｎにて行えばよ
く、好ましくは、０．１ｎｍ／ｍｉｎ〜１ｎｍ／ｍｉｎ
がよい。Further, the deposition rate of the ferroelectric organic molecules is controlled so that the formed ferroelectric substance 18 does not become amorphous. When the above VDF oligomer is used,
It may be performed at 0.1 nm / min to 50 nm / min, preferably 0.1 nm / min to 1 nm / min.
Is good.
【００６１】さらに、強誘電性有機分子をキャスト法に
よって形成する場合には、ナノチューブ１５を分散させ
た溶媒中に、強誘電性有機分子を添加して分散させても
よい。この場合、ナノチューブ１５のドレイン−ソース
電極間への配置と同時に、強誘電体１８を形成すること
が可能である。また、ナノチューブ１５と強誘電体１８
とを同時に形成する手法を用いれば、強誘電体１８によ
って、導電性の基板１１に絶縁膜を形成する必要がな
い。つまり、上記の手法により、基板１１とナノチュー
ブ１５との間の絶縁性を保つことができ、かつ、ナノチ
ューブ１５を強誘電性材料によって被覆することができ
る強誘電体１８を形成することができるので、分子ＴＦ
Ｔ１０の製造工程を簡略化することができる。Further, when the ferroelectric organic molecules are formed by the casting method, the ferroelectric organic molecules may be added and dispersed in the solvent in which the nanotubes 15 are dispersed. In this case, it is possible to form the ferroelectric 18 at the same time as disposing the nanotube 15 between the drain and source electrodes. In addition, the nanotube 15 and the ferroelectric 18
If the method of simultaneously forming and is used, it is not necessary to form an insulating film on the conductive substrate 11 by the ferroelectric substance 18. In other words, by the above method, it is possible to form the ferroelectric 18 which can maintain the insulation between the substrate 11 and the nanotube 15 and can cover the nanotube 15 with the ferroelectric material. , Molecular TF
The manufacturing process of T10 can be simplified.
【００６２】一方、分子ＴＦＴ１０の材料として、ナノ
チューブ１５用いる場合には、ＰＺＴ等の無機強誘電性
材料を用いて強誘電体１８を形成してもよい。ＰＺＴを
用いる場合、ＣＶＤ（chemical vapor deposition：プ
ラズマ化学気相成長）法により、６００℃に加熱され
て、ナノチューブ１５を覆う強誘電体１８を形成する。
従って、このような高い温度においても、分解しにくい
ナノチューブ１５等の分子を用いる場合には、無機強誘
電性材料を用いることができる。On the other hand, when the nanotube 15 is used as the material of the molecular TFT 10, the ferroelectric 18 may be formed by using an inorganic ferroelectric material such as PZT. When PZT is used, it is heated to 600 ° C. by the CVD (chemical vapor deposition) method to form the ferroelectric 18 covering the nanotube 15.
Therefore, when using a molecule such as the nanotube 15 that is difficult to decompose even at such a high temperature, an inorganic ferroelectric material can be used.
【００６３】上記のいずれかの手法によって強誘電体１
８を形成した後、強誘電体１８上に図示しない上部電極
を形成し、図２に示すように、上部電極と基板１１上と
の間に外部電圧２５を一時的に印加して強誘電体１８の
ポーリング処理を行う。基板１１は、上記したように、
導電性であるので、ゲート電極もしくはポーリング電極
として役割を果たすことができる。また、強誘電体１８
のポーリング処理のために、ナノチューブ１５の直下の
ドレイン−ソース電極間に、ポーリング電極を設けても
よい。Ferroelectric 1 can be formed by any of the above methods.
8 is formed, an upper electrode (not shown) is formed on the ferroelectric 18, and an external voltage 25 is temporarily applied between the upper electrode and the substrate 11 as shown in FIG. 18 polling processing is performed. The substrate 11 is, as described above,
Being conductive, it can serve as a gate electrode or a poling electrode. In addition, the ferroelectric 18
A poling electrode may be provided between the drain and source electrodes immediately below the nanotube 15 for the poling process of 1.
【００６４】なお、上部電極とドレイン電極１２及びソ
ース電極１３との間に、外部電圧を印加してもよい。ま
た、上部電極の代わりに、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：at
omicforce microscope）のようなプローブ顕微鏡等の位
置可変電極を用い、図２の両矢印にて示すように、強誘
電体１８上を走査して外部電圧２５を印加してもよい。An external voltage may be applied between the upper electrode and the drain electrode 12 and the source electrode 13. Also, instead of the upper electrode, an atomic force microscope (AFM: at
A position variable electrode such as a probe microscope such as an omicforce microscope may be used to scan the ferroelectric 18 and apply the external voltage 25, as shown by the double-headed arrow in FIG.
【００６５】これにより、図１（ａ）に示すように、強
誘電体１８を形成している分子鎖２１の配向方向が揃
い、強誘電体１８の自発分極（内部電界）が発生する。
そして、強誘電体１８とナノチューブ１５との境界に
て、強誘電体１８の自発分極の方向に応じて、ナノチュ
ーブ１５に電子チャネル（δ−）２２又はホールチャネ
ル（δ＋）２３、もしくはその両方が形成される。As a result, as shown in FIG. 1A, the orientation directions of the molecular chains 21 forming the ferroelectric substance 18 are aligned, and spontaneous polarization (internal electric field) of the ferroelectric substance 18 is generated.
At the boundary between the ferroelectric substance 18 and the nanotube 15, an electron channel (δ−) 22 or a hole channel (δ +) 23, or both of them are formed in the nanotube 15 depending on the direction of spontaneous polarization of the ferroelectric substance 18. It is formed.
【００６６】なお、本実施の形態においては分子ＴＦＴ
について説明を行ったが、必ずしもこれに限定されず、
本発明の範囲内で種々の変更が可能である。つまり、電
界効果トランジスタ（ＴＦＴ）に限らず、各種トランジ
スタ、ダイオード、受光デバイス、ディスプレイ素子、
ホールデバイス、記憶（メモリ）素子、超伝導素子、レ
ーザ、センサ等の各種デバイスに応用することができ、
分子デバイスとして利用することができる。In the present embodiment, the molecular TFT
However, the invention is not limited to this,
Various modifications are possible within the scope of the invention. That is, not only field effect transistors (TFTs) but also various transistors, diodes, light receiving devices, display elements,
It can be applied to various devices such as Hall devices, memory elements, superconducting elements, lasers, and sensors.
It can be used as a molecular device.
【００６７】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図３に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に
示した部材と同一の機能を有する部材については、同一
の符号を付し、その説明を省略する。[Second Embodiment] The following will describe another embodiment of the present invention in reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment will be designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
【００６８】本実施の形態の分子ＴＦＴ３０は、図３に
示すように、導電性を有する単結晶の基板３１上に、強
誘電性材料によって強誘電体３８ａを形成している。該
強誘電体３８ａ上には、ドレイン電極１２とソース電極
１３とが配置されている。また、ドレイン電極１２とソ
ース電極１３との間（以下、ドレイン−ソース電極間と
記載する）に、半導体性分子であるナノチューブ３５を
配置している。In the molecular TFT 30 of this embodiment, as shown in FIG. 3, a ferroelectric material 38a is formed of a ferroelectric material on a conductive single crystal substrate 31. A drain electrode 12 and a source electrode 13 are arranged on the ferroelectric 38a. Further, a nanotube 35, which is a semiconductor molecule, is arranged between the drain electrode 12 and the source electrode 13 (hereinafter, referred to as a drain-source electrode).
【００６９】さらに、図３に示すように、強誘電体３８
ａと同じ強誘電性材料によって、ナノチューブ３５の上
部を覆うように絶縁膜３８ｂを設けてもよい。また、強
誘電性材料を用いるのではなく、絶縁性の物質を用いて
絶縁膜３８ｂを形成し、該絶縁膜３８ｂ上に図示しない
上部電極を配置してもよい。なお、絶縁膜３８ｂは、後
述するように、強誘電体３８ａの分子鎖４１ａを一定方
向に配列させることができる場合には、必ずしも必要で
はない。Further, as shown in FIG.
An insulating film 38b may be provided by covering the upper portion of the nanotube 35 with the same ferroelectric material as a. Alternatively, instead of using the ferroelectric material, the insulating film 38b may be formed using an insulating material, and the upper electrode (not shown) may be disposed on the insulating film 38b. The insulating film 38b is not always necessary when the molecular chains 41a of the ferroelectric substance 38a can be arranged in a certain direction, as described later.
【００７０】上記基板３１、強誘電体３８ａ、ナノチュ
ーブ３５は、それぞれ、前記実施の形態１にて説明した
基板１１、強誘電体１８、ナノチューブ１５に対応し、
それぞれに用いられる材料は、前述したとおりであるの
で、詳細な説明は省略する。The substrate 31, the ferroelectric 38a, and the nanotube 35 correspond to the substrate 11, the ferroelectric 18, and the nanotube 15 described in the first embodiment, respectively.
Since the materials used for each are as described above, detailed description will be omitted.
【００７１】強誘電体３８ａは、図３に示すように、基
板３１に平行な面内にて、分子鎖４１ａが一定方向に配
向して形成されている。この分子鎖４１ａの配向方向
に、強誘電体３８ａは分極し、結晶構造を有している。
強誘電体３８ａの結晶構造は、常誘電相から強誘電相へ
の構造転移が生じている。As shown in FIG. 3, the ferroelectric substance 38a is formed such that the molecular chains 41a are oriented in a certain direction in a plane parallel to the substrate 31. The ferroelectric 38a is polarized in the orientation direction of the molecular chain 41a and has a crystal structure.
The crystal structure of the ferroelectric 38a has a structural transition from the paraelectric phase to the ferroelectric phase.
【００７２】つまり、基板３１上の強誘電体３８ａは、
配向制御及び結晶相制御がなされて形成されている。そ
のため、強誘電体３８ａの分子鎖４１ａがランダムに配
向している場合に比較して、自発分極が大きくなり、強
電界を生み出すことができる。That is, the ferroelectric substance 38a on the substrate 31 is
The orientation is controlled and the crystal phase is controlled. Therefore, as compared with the case where the molecular chains 41a of the ferroelectric substance 38a are randomly oriented, the spontaneous polarization becomes large and a strong electric field can be generated.
【００７３】また、分子鎖４１ａの配向方向を制御して
いるので、基板３１に平行な強誘電体３８ａの面内に
て、分極方向を制御することが可能である。特に、図３
に示すように、ドレイン電極１２とソース電極１３とを
結ぶ方向（以下、ドレイン−ソース電極方向と記載す
る）に、強誘電体３８ａの自発分極方向が揃えられてい
る場合には、ナノチューブ３５に生じたキャリア４４の
移動度を促進することができる。Further, since the orientation direction of the molecular chains 41a is controlled, it is possible to control the polarization direction within the plane of the ferroelectric substance 38a parallel to the substrate 31. In particular, FIG.
As shown in, when the spontaneous polarization direction of the ferroelectric substance 38a is aligned in the direction connecting the drain electrode 12 and the source electrode 13 (hereinafter referred to as the drain-source electrode direction), the nanotube 35 is The generated mobility of the carrier 44 can be promoted.
【００７４】つまり、分子鎖４１ａの配向方向が基板３
１に対して完全に平行ではなく、平行からわずかにずれ
た方向である場合、強誘電体３８ａとナノチューブ３５
との境界領域にて、ホールチャネル４３が形成される。
このホールチャネル４３を形成するキャリア４４（図３
の場合は、ホール）は、強誘電体３８ａの自発分極の面
内成分の影響を受けて、キャリア４４の流れを生じる。
このキャリア４４の流れは、強誘電体３８ａの自発分極
方向と、ドレイン−ソース電極方向とが同じである場
合、強誘電体３８ａの分極ポテンシャルに応じて増加す
る。That is, the orientation direction of the molecular chain 41a is the substrate 3
If the direction is not perfectly parallel to 1 but slightly deviated from parallel, the ferroelectric substance 38a and the nanotube 35
A hole channel 43 is formed in the boundary region between the and.
Carriers 44 that form the hole channels 43 (see FIG.
In the case of, the holes) cause the flow of carriers 44 under the influence of the in-plane component of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 38a.
The flow of the carriers 44 increases according to the polarization potential of the ferroelectric substance 38a when the spontaneous polarization direction of the ferroelectric substance 38a and the drain-source electrode direction are the same.
【００７５】なお、ドレイン−ソース電極間にて、強誘
電体３８ａの自発分極方向がドレイン−ソース電極方向
から大幅にずれる場合には、ナノチューブ３５上に、強
誘電性材料にて形成された絶縁膜３８ｂを設けてもよ
い。該絶縁膜３８ｂの分子鎖４１ｂをポーリング処理等
によって、ドレイン−ソース電極方向に分極配列させる
ことにより、上記のように、ナノチューブ３５内のキャ
リア４４の移動度を促進することができる。When the spontaneous polarization direction of the ferroelectric substance 38a is significantly deviated from the drain-source electrode direction between the drain-source electrodes, the insulation formed on the nanotube 35 by the ferroelectric material. Membrane 38b may be provided. By arranging the molecular chains 41b of the insulating film 38b to be polarized in the direction of the drain-source electrodes by poling or the like, the mobility of the carriers 44 in the nanotubes 35 can be promoted as described above.
【００７６】また、絶縁膜３８ｂを強誘電性材料によっ
て形成しない場合には、絶縁膜３８上に、図示しないゲ
ート電極を形成してもよい。このゲート電極からゲート
電圧を印加することにより、ナノチューブ３５内のキャ
リア４４の移動度を制御することができる。If the insulating film 38b is not formed of a ferroelectric material, a gate electrode (not shown) may be formed on the insulating film 38. By applying a gate voltage from this gate electrode, the mobility of the carriers 44 in the nanotube 35 can be controlled.
【００７７】上記強誘電体３８ａの自発分極の強さは、
強誘電体３８ａの配向性及び結晶性にも依存する。強誘
電体３８ａの自発分極の強さは、ナノチューブ３５内の
キャリア４４の移動度に影響を与えるため、強誘電体３
８ａの自発分極を制御することにより、キャリア４４の
移動度を制御することができる。The strength of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 38a is
It also depends on the orientation and crystallinity of the ferroelectric substance 38a. Since the strength of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 38a affects the mobility of the carrier 44 in the nanotube 35, the ferroelectric substance 3a
By controlling the spontaneous polarization of 8a, the mobility of the carrier 44 can be controlled.
【００７８】また、導電性を有するドレイン電極１２と
ソース電極１３とに流れる電流量は、ナノチューブ３５
に注入されるキャリア４４の量によっても制御すること
ができる。すなわち、ドレイン電極１２又はソース電極
１３とナノチューブ３５との間に存在する界面ポテンシ
ャルに応じて、ドレイン電極１２又はソース電極１３か
らナノチューブ３５へのキャリア４４の注入量が変化す
る。該界面ポテンシャルは、強誘電体３８ａの自発分極
の大きさに応じて変化するため、強誘電体３８ａの自発
分極の大きさを制御すれば、キャリア４４の注入量も制
御される。その結果、ナノチューブ３５内を経由して流
れる電流量が制御される。In addition, the amount of current flowing through the drain electrode 12 and the source electrode 13 having conductivity is the same as the nanotube 35.
It can also be controlled by the amount of carriers 44 injected into the. That is, the injection amount of the carriers 44 from the drain electrode 12 or the source electrode 13 into the nanotube 35 changes according to the interface potential existing between the drain electrode 12 or the source electrode 13 and the nanotube 35. Since the interface potential changes according to the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 38a, if the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance 38a is controlled, the injection amount of the carrier 44 is also controlled. As a result, the amount of current flowing through the inside of the nanotube 35 is controlled.
【００７９】上記ドレイン電極１２又はソース電極１３
からナノチューブ３５へのキャリア４４の注入は、トン
ネル注入又は低散乱注入によって生じる。そのため、強
誘電体３８ａの膜厚は、ドレイン電極１２又はソース電
極１３からナノチューブ３５へのキャリア４４の注入を
引き起こす程度とする必要がある。このような膜厚は、
ドレイン電極１２又はソース電極１３や強誘電体３８
ａ、絶縁膜３８ｂに依存するが、通常、数ナノメートル
のオーダーである。そのため、強誘電体３８ａをナノス
ケールの膜厚にて設けることが好ましい。The drain electrode 12 or the source electrode 13
The injection of carriers 44 from the nanotubes 35 into the nanotubes 35 occurs by tunnel injection or low scattering injection. Therefore, the thickness of the ferroelectric 38a needs to be set to a level that causes injection of the carrier 44 from the drain electrode 12 or the source electrode 13 into the nanotube 35. Such a film thickness is
Drain electrode 12 or source electrode 13 or ferroelectric 38
Depending on a and the insulating film 38b, it is usually on the order of several nanometers. Therefore, it is preferable to provide the ferroelectric 38a with a nanoscale film thickness.
【００８０】以上のように、強誘電体３８ａの自発分極
方向を、基板１１に平行な面内方向に揃えることによ
り、ナノチューブ３５内のキャリア４４の移動度を向上
することができる。これにより、ドレイン−ソース電極
間に印加する制御電圧を増加させることなく、キャリア
４４の移動度を向上することができるので、分子ＴＦＴ
１０の駆動時に消費される電力量を低減することができ
る。As described above, by aligning the spontaneous polarization direction of the ferroelectric substance 38a in the in-plane direction parallel to the substrate 11, the mobility of the carrier 44 in the nanotube 35 can be improved. As a result, the mobility of the carriers 44 can be improved without increasing the control voltage applied between the drain and source electrodes.
The amount of power consumed when driving 10 can be reduced.
【００８１】次に、上記分子ＴＦＴ３０の製造方法につ
いて説明する。Next, a method for manufacturing the molecular TFT 30 will be described.
【００８２】まず、基板３１として、導電性の単結晶基
板を用い、該基板３１上に、エピタキシャル成長法によ
り、強誘電性材料を堆積させる。このエピタキシャル成
長法では、原子配列周期ポテンシャルと強誘電性材料と
の相互作用によって配列成長が行われ、分子鎖４１ａが
配向した状態となる。つまり、エピタキシャル成長法に
よれば、結晶構造や分子配向性を制御することができる
ので、強誘電体３８ａの結晶相の制御や分極方向の制御
を行うことができる。First, a conductive single crystal substrate is used as the substrate 31, and a ferroelectric material is deposited on the substrate 31 by an epitaxial growth method. In this epitaxial growth method, the array growth is performed by the interaction between the atomic array periodic potential and the ferroelectric material, and the molecular chains 41a are oriented. That is, according to the epitaxial growth method, since the crystal structure and the molecular orientation can be controlled, the crystal phase and the polarization direction of the ferroelectric 38a can be controlled.
【００８３】上記エピタキシャル成長法によって、強誘
電体３８ａの配列成長を好適に行うためには、基板３１
として単結晶基板を用い、強誘電性材料として強誘電性
有機分子を用いることが好ましい。In order to preferably perform the array growth of the ferroelectric substance 38a by the above epitaxial growth method, the substrate 31
It is preferable to use a single crystal substrate as the substrate and a ferroelectric organic molecule as the ferroelectric material.
【００８４】また、分極方向が制御された強誘電体３８
ａは、基板３１をラビング処理することによって形成す
ることもできる。Further, the ferroelectric substance 38 whose polarization direction is controlled
The a can be formed by rubbing the substrate 31.
【００８５】上記のいずれかの手法により、強誘電体３
８ａを形成した後、絶縁膜３８ａ上にドレイン電極１２
とソース電極１３とを形成する。その後、ドレイン−ソ
ース電極間にナノチューブ３５を配置する。The ferroelectric substance 3 is formed by any of the above methods.
8a, the drain electrode 12 is formed on the insulating film 38a.
And the source electrode 13 are formed. Then, the nanotube 35 is arranged between the drain and source electrodes.
【００８６】さらに、必要に応じて、ナノチューブ３５
上に絶縁膜３８ｂを形成し、ゲート電極を形成してもよ
い。また、絶縁膜３８ｂを強誘電性材料にて形成し、ド
レイン−ソース電極間の電位によって、ポーリング処理
等によって分極配列させてもよい。Further, if necessary, the nanotube 35
An insulating film 38b may be formed thereover to form a gate electrode. Alternatively, the insulating film 38b may be formed of a ferroelectric material and may be polarized and arrayed by a poling process or the like depending on the potential between the drain and source electrodes.
【００８７】次に、上記各実施の形態にて説明した分子
ＴＦＴ（分子電界効果トランジスタ）について、より具
体的な構造及びその製造方法を説明する。Next, a more specific structure and manufacturing method of the molecular TFT (molecular field effect transistor) described in each of the above embodiments will be described.
【００８８】〔具体例１〕ガラス基板を金膜にて覆って
基板とし、該基板上にフッ化ビニリデンオリゴマー（Ｃ
Ｆ3−（ＣＨ2ＣＦ2）17−Ｉ、ＶＤＦオリゴマー；ダイ
キン工業社製）によって絶縁膜を形成した。次いで、絶
縁膜上に、ドレイン電極及びソース電極を形成した。さ
らに、カーボンナノチューブをエタノールに分散し、電
気泳動法により、基板上のドレイン−ソース電極間にカ
ーボンナノチューブを配置した。続いて、絶縁膜を形成
した基板を約−１００℃に制御し、蒸着速度０．５ｎｍ
／ｍｉｎにて、カーボンナノチューブ上にＶＤＦオリゴ
マーを蒸着し、ＶＤＦ膜を形成した。Specific Example 1 A glass substrate is covered with a gold film to form a substrate, and a vinylidene fluoride oligomer (C
F 3 - (CH 2 CF 2 ) 17 -I, VDF oligomer; an insulating film formed by Daikin Industries Ltd.). Then, a drain electrode and a source electrode were formed on the insulating film. Further, the carbon nanotubes were dispersed in ethanol, and the carbon nanotubes were arranged between the drain and source electrodes on the substrate by the electrophoresis method. Subsequently, the substrate on which the insulating film is formed is controlled at about -100 ° C, and the deposition rate is 0.5 nm.
VDF oligomer was vapor-deposited on the carbon nanotubes at a flow rate of / min to form a VDF film.
【００８９】その後、上記強誘電体上に、導電性の探針
を備えたＡＦＭ（原子間力顕微鏡、セイコーインスツル
メンツ社製、ＳＰＩ）を接触させ、電圧を印加してポー
リング処理を施して、分子ＴＦＴを作製した。Then, an AFM (atomic force microscope, SPI, manufactured by Seiko Instruments Inc.) equipped with a conductive probe is brought into contact with the ferroelectric substance, and a voltage is applied to carry out a poling treatment, so that the molecule A TFT was produced.
【００９０】ポーリング処理に際して、印加する電圧
を、５Ｖ〜１０Ｖの範囲にて変化させてＶＤＦ膜の分極
の電圧依存性を調べた。ＶＤＦ膜の分極特性は、上記Ａ
ＦＭにより、圧電応答として検出した。その結果を図４
に示す。At the time of poling, the applied voltage was changed in the range of 5 V to 10 V to examine the voltage dependence of the polarization of the VDF film. The polarization characteristics of the VDF film are
Detected as a piezoelectric response by FM. The result is shown in Figure 4.
Shown in.
【００９１】図４に示すように、ＡＦＭによって印加さ
れる電圧が大きくなるとともに、ＶＤＦ膜の分極の大き
さが増大していることがわかる。なお、図中、網掛け部
分は、ＡＦＭの探針である。As shown in FIG. 4, it can be seen that the voltage applied by the AFM increases and the magnitude of polarization of the VDF film increases. In the figure, the shaded portion is the AFM probe.
【００９２】〔具体例２〕基板として、ＫＣｌ単結晶基
板、ＫＢｒ単結晶基板、ＮａＣｌ単結晶基板、酸化膜に
覆われたＳｉ基板（ＳｉＯ2基板）を用意した。これら
の基板を加熱して蒸着速度０．５ｎｍ／ｍｉｎにて、エ
ピタキシャル法により、前記具体例１にて用いたＶＤＦ
オリゴマーを蒸着し、ＶＤＦ膜を形成した。続いて、Ｖ
ＤＦ膜上に、ドレイン電極及びソース電極を形成し、ド
レイン−ソース電極間にカーボンナノチューブを電気泳
動法によって配置し、分子電界効果トランジスタを作製
した。Specific Example 2 As the substrate, a KCl single crystal substrate, a KBr single crystal substrate, a NaCl single crystal substrate, and an Si substrate (SiO 2 substrate) covered with an oxide film were prepared. These substrates were heated and vapor-deposited at a rate of 0.5 nm / min.
The oligomer was vapor-deposited to form a VDF film. Then, V
A drain electrode and a source electrode were formed on the DF film, and carbon nanotubes were arranged between the drain and source electrodes by an electrophoretic method to fabricate a molecular field effect transistor.
【００９３】なお、上記ＶＤＦオリゴマーの蒸着に際し
ては、基板温度を約２５℃、５０℃、７０℃とし、各温
度にてＶＤＦ膜を形成した。各温度にて形成された各基
板上のＶＤＦ膜の表面形状を具体例１にて用いたＡＦＭ
によって観察した。その結果を図５に示す。During the vapor deposition of the VDF oligomer, the substrate temperature was set to about 25 ° C., 50 ° C. and 70 ° C., and the VDF film was formed at each temperature. AFM using the surface shape of the VDF film formed on each substrate at each temperature in Specific Example 1
Observed by. The result is shown in FIG.
【００９４】図５に示すように、各基板の温度の上昇に
ともなって、ＶＤＦ膜の結晶性が高まり、また、ＶＤＦ
膜の結晶グレイン（結晶粒）が大きくなることがわか
る。また、図５（ａ）に示すように、ＫＣｌ基板上で
は、基板温度が高くなると、二方向に結晶が成長してお
り、ＶＤＦ膜の分極方向に結晶が配列していることが示
唆される。As shown in FIG. 5, as the temperature of each substrate rises, the crystallinity of the VDF film is increased, and
It can be seen that the crystal grains (crystal grains) of the film are increased. Further, as shown in FIG. 5A, on the KCl substrate, when the substrate temperature becomes high, crystals grow in two directions, suggesting that the crystals are arranged in the polarization direction of the VDF film. .
【００９５】本発明は上述した各実施形態に限定される
ものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能
であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手
段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発
明の技術的範囲に含まれる。The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in the different embodiments can be combined appropriately. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
【００９６】[0096]
【発明の効果】本発明の分子デバイスは、以上のよう
に、半導体性分子が強誘電性物質にて被覆されているも
のである。As described above, the molecular device of the present invention has semiconductor molecules coated with a ferroelectric substance.
【００９７】それゆえ、強誘電性物質が有する自発分極
の影響を受けて、強誘電性物質から均一な電界が半導体
性分子に与えられ、強誘電性物質の自発分極部位を半導
体性分子に接近させることができるという効果を奏す
る。また、強誘電性物質の分極ポテンシャルにより、半
導体性分子の電荷の蓄積を効率よく行うことができると
いう効果を奏する。Therefore, under the influence of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance, a uniform electric field is applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule, and the spontaneous polarization part of the ferroelectric substance approaches the semiconductor molecule. There is an effect that can be made. In addition, the polarization potential of the ferroelectric substance has the effect of efficiently accumulating charges of the semiconductor molecule.
【００９８】これにより、半導体性分子に与えられた電
界が制御電圧となり、分子デバイスのスイッチング動作
やキャリア移動度を制御することができるという効果を
奏する。その結果、分子デバイスの駆動に要していた消
費電力を低減することができるという効果を奏する。As a result, the electric field applied to the semiconductor molecule becomes a control voltage, and the switching operation and carrier mobility of the molecular device can be controlled. As a result, the power consumption required for driving the molecular device can be reduced.
【００９９】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記強誘電性物質は、自発分極が
制御されてなっていることを特徴としている。Further, the molecular device of the present invention is characterized in that, in the above-mentioned molecular device, the ferroelectric substance is controlled in spontaneous polarization.
【０１００】上記の構成によれば、強誘電性物質は、分
極処理により、自発分極の方向を容易に変えることがで
きる。そのため、強誘電性物質から半導体性分子に及ぼ
される電界の方向を容易に制御することができる。According to the above structure, the ferroelectric substance can easily change the direction of spontaneous polarization by the polarization treatment. Therefore, the direction of the electric field applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule can be easily controlled.
【０１０１】また、強誘電性物質に印加される電圧の大
きさが制御されている。これにより、強誘電性物質の自
発分極の大きさを制御することができ、さらに、半導体
性分子に印加される電圧の大きさを制御することができ
る。The magnitude of the voltage applied to the ferroelectric substance is controlled. Thereby, the magnitude of spontaneous polarization of the ferroelectric substance can be controlled, and further, the magnitude of the voltage applied to the semiconductor molecule can be controlled.
【０１０２】このように、強誘電性物質の自発分極の方
向及び大きさが制御されているので、半導体性分子に印
加される制御電圧の方向及び大きさを制御することがで
きる。その結果、分子デバイスの使用目的に応じて、ス
イッチング動作やキャリア移動度を制御することができ
る。これにより、消費電力を低減した分子デバイスを提
供することができる。As described above, since the direction and the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance are controlled, the direction and the magnitude of the control voltage applied to the semiconductor molecule can be controlled. As a result, the switching operation and carrier mobility can be controlled according to the purpose of use of the molecular device. Thereby, a molecular device with reduced power consumption can be provided.
【０１０３】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記強誘電性物質は、強誘電性有
機分子であるものである。The molecular device of the present invention is the above molecular device, wherein the ferroelectric substance is a ferroelectric organic molecule.
【０１０４】それゆえ、強誘電性有機分子が半導体性分
子を被覆するように形成する際に、温度を制御すること
によって、半導体性分子の周囲での強誘電性有機分子の
移動を制御することができるという効果を奏する。従っ
て、強誘電性有機分子による半導体性分子全面の被覆を
容易に行うことができるという効果を奏する。Therefore, when the ferroelectric organic molecule is formed so as to cover the semiconductor molecule, the temperature is controlled to control the movement of the ferroelectric organic molecule around the semiconductor molecule. There is an effect that can be. Therefore, it is possible to easily cover the entire surface of the semiconductor molecule with the ferroelectric organic molecule.
【０１０５】また、本発明の分子デバイスは、上記の分
子デバイスにおいて、上記半導体性分子は、半導体性有
機分子であるものである。The molecular device of the present invention is the above molecular device, wherein the semiconducting molecule is a semiconducting organic molecule.
【０１０６】それゆえ、半導体性有機分子に効率よく電
荷を蓄積することができ、半導体性有機分子内に生じた
キャリアの移動方向及び移動度を効率よく制御すること
ができるという効果を奏する。Therefore, it is possible to efficiently accumulate charges in the semiconducting organic molecule, and to effectively control the moving direction and mobility of carriers generated in the semiconducting organic molecule.
【０１０７】また、本発明の分子デバイスの製造方法
は、半導体性分子を覆うように強誘電性物質を形成する
方法である。The method of manufacturing a molecular device of the present invention is a method of forming a ferroelectric substance so as to cover semiconductor molecules.
【０１０８】それゆえ、強誘電性物質から均一な電界が
半導体性分子に与えられ、強誘電性物質の自発分極部位
を半導体性分子に接近させることができるとともに、強
誘電性物質から半導体性分子への電荷の蓄積を効率よく
行うことができるという効果を奏する。Therefore, a uniform electric field is applied to the semiconducting molecule from the ferroelectric substance, and the spontaneous polarization site of the ferroelectric substance can be brought close to the semiconducting molecule. There is an effect that the charge can be efficiently accumulated in the battery.
【０１０９】また、本発明の分子デバイスの製造方法
は、上記の分子デバイスの製造方法において、上記強誘
電性物質の自発分極を制御して形成する方法である。The method for producing a molecular device of the present invention is the method for producing a molecular device by controlling the spontaneous polarization of the ferroelectric substance in the method for producing a molecular device.
【０１１０】それゆえ、強誘電性物質から半導体性分子
に及ぼされる電界の方向を容易に制御することができる
という効果を奏する。また、分極処理により印加される
電圧の大きさによって、強誘電性物質の自発分極の大き
さを制御することができるという効果を奏する。その結
果、分子デバイスのスイッチング動作やキャリア移動度
を制御することができるという効果を奏する。Therefore, it is possible to easily control the direction of the electric field applied from the ferroelectric substance to the semiconductor molecule. Further, there is an effect that the magnitude of the spontaneous polarization of the ferroelectric substance can be controlled by the magnitude of the voltage applied by the polarization process. As a result, it is possible to control the switching operation and carrier mobility of the molecular device.
【図１】（ａ）は、本発明における分子ＴＦＴの実施の
一形態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の概
略断面図に垂直な方向の断面を示す概略断面図である。1A is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of a molecular TFT according to the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a cross section in a direction perpendicular to the schematic cross-sectional view of FIG. Is.
【図２】上記分子ＴＦＴへの電圧の印加を説明する図で
ある。FIG. 2 is a diagram illustrating application of voltage to the molecular TFT.
【図３】本発明における分子ＴＦＴの他の実施の形態を
示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the molecular TFT according to the present invention.
【図４】本発明における分子ＴＦＴの基板上に形成され
た強誘電体の分極を検出した像を示す図である。FIG. 4 is a view showing an image in which polarization of a ferroelectric substance formed on a substrate of a molecular TFT according to the present invention is detected.
【図５】本発明における分子ＴＦＴの基板上に、２５
℃、５０℃、７５℃にて形成された強誘電体の表面形状
を示す図であり、（ａ）は、ＫＣｌ基板を用いたもので
あり、（ｂ）は、ＫＢｒ基板を用いたものであり、
（ｃ）は、ＮａＣｌ基板を用いたものであり、（ｄ）
は、ＳｉＯ2基板を用いたものである。FIG. 5 is a plan view showing the molecular TFT of the present invention on the substrate 25
It is a figure which shows the surface shape of the ferroelectric material formed at 50 degreeC, 50 degreeC, and 75 degreeC, (a) uses a KCl board | substrate, (b) uses a KBr board | substrate. Yes,
(C) uses a NaCl substrate, and (d)
Uses a SiO 2 substrate.
【図６】（ａ）は、従来の分子ＴＦＴを示す概略断面図
であり、（ｂ）は、（ａ）の概略断面図に垂直な方向の
断面を示す概略断面図である。6A is a schematic cross-sectional view showing a conventional molecular TFT, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing a cross section in a direction perpendicular to the schematic cross-sectional view of FIG. 6A.
１０ 分子電界効果トランジスタ（分子ＴＦＴ、分子
デバイス）
１１ 基板
１２ ドレイン電極
１３ ソース電極
１５ ナノチューブ（半導体性分子・半導体性有機分
子）
１８ 強誘電体（強誘電性物質・強誘電性有機分子）
２１ 分子鎖
２２ 電子チャネル
２３ ホールチャネル
３０ 分子電界効果トランジスタ（分子ＴＦＴ、分子
デバイス）
３１ 基板
３５ ナノチューブ（半導体性分子・半導体性有機分
子）
３８ａ 強誘電体（強誘電性物質・強誘電性有機分子）
４１ａ 分子鎖
４３ ホールチャネル
４４ キャリア10 Molecular field effect transistor (molecular TFT, molecular device) 11 Substrate 12 Drain electrode 13 Source electrode 15 Nanotube (semiconductor molecule / semiconductor organic molecule) 18 Ferroelectric substance (ferroelectric substance / ferroelectric organic molecule) 21 molecule Chain 22 Electronic channel 23 Hole channel 30 Molecular field effect transistor (molecular TFT, molecular device) 31 Substrate 35 Nanotube (semiconductor molecule / semiconductor organic molecule) 38a Ferroelectric substance (ferroelectric substance / ferroelectric organic molecule) 41a Molecular chain 43 Hole channel 44 Carrier
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F083 FR00 FR05 HA10 JA02 JA15 JA17 PR21 5F110 AA30 BB05 BB08 BB09 CC10 DD01 DD02 DD04 DD05 DD13 EE02 FF01 FF21 FF27 FF29 FF36 GG01 GG05 GG19 GG22 GG41 HL22 HL23 Continued front page F-term (reference) 5F083 FR00 FR05 HA10 JA02 JA15 JA17 PR21 5F110 AA30 BB05 BB08 BB09 CC10 DD01 DD02 DD04 DD05 DD13 EE02 FF01 FF21 FF27 FF29 FF36 GG01 GG05 GG19 GG22 GG41 HL22 HL23
Claims (6)
イスであって、半導体性分子が強誘電性物質にて被覆さ
れていることを特徴とする分子デバイス。1. A molecular device comprising semiconductor molecules, wherein the semiconductor molecules are coated with a ferroelectric substance.
てなっていることを特徴とする請求項１記載の分子デバ
イス。2. The molecular device according to claim 1, wherein the ferroelectric substance has a controlled spontaneous polarization.
あることを特徴とする請求項１又は２記載の分子デバイ
ス。3. The molecular device according to claim 1, wherein the ferroelectric substance is a ferroelectric organic molecule.
あることを特徴とする請求項１、２又は３記載の分子デ
バイス。4. The molecular device according to claim 1, 2 or 3, wherein the semiconducting molecule is a semiconducting organic molecule.
イスの製造方法であって、半導体性分子を覆うように強
誘電性物質を形成することを特徴とする分子デバイスの
製造方法。5. A method of manufacturing a molecular device formed by using a semiconductor molecule, wherein a ferroelectric substance is formed so as to cover the semiconductor molecule.
成することを特徴とする請求項５記載の分子デバイスの
製造方法。6. The method for manufacturing a molecular device according to claim 5, wherein the spontaneous polarization of the ferroelectric substance is controlled and formed.
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|---|---|---|---|
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