專利名稱：功能性分子元件、其制造方法以及功能性分子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有特異導(dǎo)電性(specific conductivity )的功能 性分子元件、其制造方法以及功能性分子裝置。
背景技術(shù)：
納米才支術(shù)是一種用于觀察、制造和使用尺寸為約1億分之一米 (l(T8 m = 10 nm )的精細(xì)結(jié)構(gòu)的才支術(shù)。
在二十世紀(jì)八十年代的后半期，發(fā)明了稱作掃描隧道顯樣"竟的 超高精度顯微鏡，使得可以看見(jiàn)單個(gè)原子和單個(gè)分子。掃描隧道顯 微鏡的使用使得不僅可以觀察原子和分子，而且可以逐一操作(操 纟從)它們。
例如，已經(jīng)報(bào)道了其中將原子布置在晶體的表面上以繪制文字 等的實(shí)例。雖然可以才乘作原子和分子，然而通過(guò)逐一才喿作大量原子 或分子來(lái)制造或組裝新材料或新裝置是不切實(shí)際的。
為了通過(guò)操作原子或分子或它們的集合來(lái)形成納米尺寸的結(jié) 構(gòu)，需要用于實(shí)現(xiàn)這樣的操作的新型超精度加工技術(shù)。已經(jīng)已知的 用于具有這樣的納米4青度的加工的孩i加工纟支術(shù)通常分為兩種方式 (system )。兩種方式中的一種包括那些至今已被用于制造各種半導(dǎo)體器 件的方法，例如，其中硅晶片被微小且精確地切割或加工到極限，
從而制造集成電路的所謂的自頂向下(top-down)方法。兩種方式 種的另一種包括所謂的自底向上(bottom-up)方法，其中作為極微 小單元的原子或分子^皮用作構(gòu)成部件，并且組裝樣i小的構(gòu)成部件以 制造期望的納米結(jié)構(gòu)。
關(guān)于通過(guò)自頂向下方式能夠制造小至何種程度的結(jié)構(gòu)體的問(wèn) 題，戈登摩爾(英特爾公司的共同創(chuàng)立者)在1965年提出了著名 的摩爾定律。該定律指出"晶體管的集成度每18個(gè)月加倍"。從1965 年以后超過(guò)至少30年的時(shí)間里，半導(dǎo)體工業(yè)如摩爾定律所預(yù)言那 樣使晶體管的集成度增加。
由美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)(SIA )發(fā)表的今后15年內(nèi)的半導(dǎo)體工 業(yè)藍(lán)圖(發(fā)展路線圖)ITRS (國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖)提出摩爾定律 將保持有效的觀點(diǎn)。
ITRS的2005年版本包括到2013年的短期藍(lán)圖和到2020年的 長(zhǎng)期藍(lán)圖。短期藍(lán)圖估計(jì)在2013年半導(dǎo)體芯片的加工規(guī)則(process rule)將為32nm，并且微處理器的柵極長(zhǎng)度為13 nm。長(zhǎng)期藍(lán)圖估 計(jì)在2018年半導(dǎo)體芯片的加工頭見(jiàn)則4尋為18nm,并且4冊(cè)才及長(zhǎng)度為7 nm，而在2020年它CM夸分另'J為14 nm和6 nm。
半導(dǎo)體芯片的小型化使得可以增加操作速度，并且同時(shí)減小功 率消身毛。而且，小型化增加由單個(gè)晶片獲得的產(chǎn)品凄t量，由此可以 降低生產(chǎn)成本。這就是對(duì)于新產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，孩i處理器制造商在晶體管 的加工規(guī)則和集成速度上彼此竟?fàn)幍脑颉?br> 1999年11月，美國(guó)的研究小組揭示了小型化技術(shù)的劃時(shí)代研 究結(jié)果。它是一種在由擔(dān)任加利福尼亞大學(xué)伯克萊分校(Barkeley)
9計(jì)算機(jī)科學(xué)的主管Chenming Hu教授以及他的小組開(kāi)發(fā)的稱為 FinFET的FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)上設(shè)計(jì)柵4及的方法。該方法4吏得可 以在半導(dǎo)體芯片上形成比過(guò)去多400倍的晶體管。
柵極是在FET中用于控制電子通過(guò)溝道(channel)流動(dòng)的電 極。在目前的一般設(shè)計(jì)中，柵極平行地設(shè)置于半導(dǎo)體的表面，用于 從其一側(cè)控制溝道。在這種結(jié)構(gòu)中，不能切斷電子的流動(dòng)，除非柵 極長(zhǎng)度等于或大于預(yù)定長(zhǎng)度。因此，柵極長(zhǎng)度被認(rèn)為是限制晶體管 小型化的因素之一。
另一方面，在FinFET中，柵4及形成為在溝道的兩側(cè)上延伸的 叉形形狀，由此溝道被有效地控制。與那些過(guò)去的結(jié)構(gòu)相比，F(xiàn)inFET 結(jié)構(gòu)使得可以進(jìn)一 步減小柵極長(zhǎng)度和晶體管的尺寸。
由研究小組制造的原型FET中的柵才及長(zhǎng)度為18nm,該^直為現(xiàn) 在普通柵極長(zhǎng)度的十分之一，并且與在ITRS的長(zhǎng)期藍(lán)圖中所示的 2014年的尺寸相當(dāng)。此外，其宣稱為該值的一半的棚4及長(zhǎng)度也是可 以的。Hu以及他的小組宣稱關(guān)于這一點(diǎn)他們并沒(méi)有提交專利申請(qǐng)， 期待FinFET在半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛采用。因此，F(xiàn)inFET可能會(huì)變 成制造^支術(shù)中的主流。
然而，還指出即使"摩爾定律"也遲早會(huì)遇到基于自然法則的限制。
例如，在目前作為主流的半導(dǎo)體技術(shù)中，通過(guò)光刻技術(shù)在硅晶 片上加工電路圖案，以制造半導(dǎo)體芯片。為了提高小型化程度，必 須提高分辨率。為了提高分辨率，用于利用更短波長(zhǎng)的射線的技術(shù) 必須4殳入實(shí)際4吏用。此外，晶體管的集成度的增加可能會(huì)使每半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱 量太大，可能導(dǎo)致加熱至高溫的半導(dǎo)體芯片的故障或芯片的熱石皮壞。
而且，專家預(yù)言如果芯片的小型化在半導(dǎo)體工業(yè)中^皮進(jìn)一步才是 高，則設(shè)備成本和工藝成本將擴(kuò)大，并且還由于產(chǎn)量惡化，在大約
2015年半導(dǎo)體工業(yè)可能會(huì)變成無(wú)利可圖的。
最近，指出了更為嚴(yán)重的問(wèn)題，在圖案邊緣微小凹凸、或線邊 緣粗糙的問(wèn)題。關(guān)于光刻膠掩模表面的凹凸，人們認(rèn)為隨著圖案小 型化提高，構(gòu)成光刻膠的分子大小、化學(xué)增幅型光刻膠中酸的擴(kuò)散 距離等將成為問(wèn)題。還已經(jīng)評(píng)價(jià)了圖案邊緣凹凸的周期幅度與裝置 特性之間的相互關(guān)系，并且成為仍要解決的重要i果題。
作為用于突破上述自頂向下方式的技術(shù)障礙的新技術(shù)，旨在為 單個(gè)分子提供作為電子構(gòu)成部件的功能的研究已經(jīng)被關(guān)注。該研究 涉及一種由單個(gè)分子構(gòu)成的電子裝置(分子開(kāi)關(guān)等)，其通過(guò)自底 向上方式來(lái)制造。
關(guān)于金屬、陶瓷和半導(dǎo)體，通過(guò)自底向上方式來(lái)制造納米尺寸 的結(jié)構(gòu)的研究也正在進(jìn)行。然而，彼此內(nèi)在獨(dú)立并沖艮據(jù)形狀和功能 不同顯示出達(dá)到幾百萬(wàn)種的較大多樣性的分子將是4艮好的資源，其 如果^皮充分利用，則將使得可以通過(guò)自底向上方式來(lái)^殳計(jì)和制造具 有與過(guò)去那些完全不同特性的裝置(分子裝置)。
例如，導(dǎo)電分子的寬度可小至0.5nm。與目前在集成電路技術(shù) 中實(shí)現(xiàn)的約100 nm的線寬相比，這種分子布線使得可以實(shí)現(xiàn)密度 l是高幾千倍的布線。此外，例如，在使用單個(gè)分子作為存儲(chǔ)元件的 情況下，與DVD相比，記錄密度可以提高一萬(wàn)倍以上。與過(guò)去半導(dǎo)體石圭不同，分子裝置通過(guò)化學(xué)步驟來(lái)合成。在1986 年，三菱電氣公司的Hiroshi Koezuka開(kāi)發(fā)了 一種包括聚瘞吩(聚合 物)的有機(jī)晶體管(在世界上首次)。
而且，Hewlett-Packard ^>司(HP)和美國(guó)洛杉石幾的加利福尼亞大 學(xué)的研究小組成功制造有機(jī)電子器件，其在1999年7月被發(fā)表在 《科學(xué)》上，并提交了專利申請(qǐng)(參見(jiàn)美國(guó)專利第6256767 Bl號(hào) 和美國(guó)專利第6128214號(hào))。他們通過(guò)使用由幾百萬(wàn)個(gè)輪烷分子(其 是有機(jī)分子)構(gòu)成的分子膜制造開(kāi)關(guān)，并通過(guò)使這樣的開(kāi)關(guān)彼此連 接來(lái)制造作為基本邏輯電路的AND柵極。
此夕卜，美國(guó)的賴斯大學(xué)和耶魯大學(xué)的共同合作研究小組成功制 造了分子開(kāi)關(guān)，該分子開(kāi)關(guān)通過(guò)在施加電場(chǎng)下由電子注入引起的分 子結(jié)構(gòu)的變化而可操作性地執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作(switching action),并且 其在1999年11月被發(fā)表在《科學(xué)》上(參見(jiàn)J. Chen， M.A. Reed， A.M. Rawlett and J.M. Tour ， "Large on-off ratios and negative differential resistance in a molecular electronic device," Science, 1999， Vol. 286, 1552-1551 )。能夠重復(fù)開(kāi)-關(guān)操作的功能是一種不能通過(guò) HP和洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的小組實(shí)現(xiàn)的功能。分子開(kāi)關(guān)的大小 為普通晶體管大小的一百萬(wàn)分之一，使得分子開(kāi)關(guān)可以成為制造小
尺寸高性能計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。
在合成方面成功的J.Tour (賴斯大學(xué)，化學(xué))教授指出，由于 不需要常規(guī)用于半導(dǎo)體制造的昂貴潔凈室，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比， 分子開(kāi)關(guān)的生產(chǎn)成本可以被削減幾千倍。他還指出，他計(jì)劃在5-10年內(nèi)制造分子-硅混合計(jì)算機(jī)。
在1999年，貝爾實(shí)-弓企室(Lucent Technologies )通過(guò)4吏用并五 苯的單晶制造了 一種有機(jī)薄膜晶體管。雖然已經(jīng)積極地進(jìn)行了對(duì)具有作為電子構(gòu)成部件的功能的分 子裝置的研究，但是過(guò)去大多數(shù)對(duì)分子裝置的研究涉及那些通過(guò)
光、熱、質(zhì)子、離子等驅(qū)動(dòng)的裝置(參見(jiàn)例如"Molecular Switches," edited by Ben L. Feringa, WILEY-VCH， Weinheim, 2001 )，并且有
限的研究之一涉及那些通過(guò)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的裝置。
即使在這些分子裝置中，上述線邊緣粗糙的問(wèn)題也依然是個(gè)嚴(yán) 重的問(wèn)題，并且認(rèn)為隨著圖案小型化進(jìn)步，該問(wèn)題將變得更突出。 在分子裝置中，作為避免該問(wèn)題的方法，通常嘗試其中將硫醇基引 入到分子的末端并且直接連接至金電極的方法(參見(jiàn)，例如，M.A. Reed， C. Zhou, C丄Muller, T.P, Burgin and J.M. Tour, "Conductance of a molecular junction," Science, 1997, Vol.278, 252-254)。分子
本身優(yōu)于無(wú)枳i材一牛，因?yàn)榕c相4造問(wèn)題相比它們的最小單元更小，并 且它們?cè)谠佻F(xiàn)性方面是良好的。
然而，在通過(guò)硫醇基與金電極之間的連接而電連接中涉及的問(wèn) 題在于，分子本身具有的電特性無(wú)論如何良好，其石克醇基端與電極 之間的連接部分具有高電阻，并且該高電阻限制分子裝置特性的提
高(參見(jiàn)，J.M. Wessels， H.G. Nothofer, W.E. Ford, F. von Wrochem， F. Scholz， T. Vossmeyer， A. Schroedter, H. Weller and A. Yasuda， "Optical and electrical properties of three-dimensional interlinked gold nanoparticle assemblies," Journal of the American Chemical Society, 126(10)， 3349-3356, Mar 17, 2004)。
現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的分子元件大多數(shù)具有這樣的構(gòu)造，
多個(gè))電極之間的導(dǎo)電性改變。例如，在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(有機(jī) FET)中，有才幾分子中載流子的移動(dòng)通過(guò)作用于溝道區(qū)域中的有枳j 分子的電場(chǎng)變化來(lái)調(diào)整。在這種情況下，如上所述，在構(gòu)成分子與
13電極之間的界面處的接觸電阻非常高，并且該接觸電阻強(qiáng)烈地影響 分子元件的操作特性。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人之一提出了一種基于新原理的功能性分 子元件，其用作通過(guò)電場(chǎng)的作用^f吏其分子結(jié)構(gòu)變化而4妄通電流和切
斷電流的分子開(kāi)關(guān)(日本專利公開(kāi)第2004-221553號(hào))。顯然的是， 分子元件可以基于任何操作原理，如果在構(gòu)成分子與電極之間的界 面處的接觸電阻較高，則該接觸電阻影響分子元件的操作特性。
此外，在允i午電流流過(guò)的分子層"i殳置在只于向電才及(opposed electrode)之間的情況下，如在太陽(yáng)能電池中，還要求有才幾分子與 電極之間的界面處的接觸電阻盡可能低。
考慮到上述，本發(fā)明的發(fā)明人之一提出了一種具有新型結(jié)構(gòu)的
元件、其制造方法以及功能性分子裝置(日本專利公開(kāi)第 2006-351623號(hào))。這種功能性分子元件是例如一種這樣的功能性分 子元件，其包括具有連接至骨架部分(具有由兀電子共軛體系構(gòu)成 的平面形或大致平面形結(jié)構(gòu))的側(cè)鏈部分的兀電子共軛分子，該兀 電子共軛分子在側(cè)鏈部分吸附在電才及上，以形成如此i殳置4吏得骨架 部分的平面形或大致平面形結(jié)構(gòu)基本上平行于電才及的^皮吸附分子 (吸附質(zhì)分子)，其中至少包括;故吸附分子和電極的結(jié)構(gòu)體具有允 許電流沿與平面或大致平面形結(jié)構(gòu)交叉的方向流動(dòng)的功能。這才羊的 功能性分子元件的研究剛剛開(kāi)始，并且認(rèn)為，當(dāng)研究取得進(jìn)展后， 可以提出各種具有新特性的功能性分子元件。
考慮到上述情形，本發(fā)明的目的在于提供一種具有使得構(gòu)成分 子與電極之間的界面處的接觸電阻可以降低的結(jié)構(gòu)并且具有特異 導(dǎo)電性的功能性分子元件、其制造方法以及功能性分子裝置。

發(fā)明內(nèi)容
具體地，本發(fā)明涉及第一功能性分子元件，包括包含多個(gè)彼 此相對(duì)-沒(méi)置的電纟及的對(duì)向電纟及以及相對(duì)于各個(gè)對(duì)向電纟及形成的祐L 吸附分子，該被吸附分子包括具有連接至骨架部分(骨架部分具有 由兀電子共扼體系構(gòu)成的大致平面形結(jié)構(gòu))的側(cè)鏈部分的兀電子共 軛分子，該71電子共扼分子如此設(shè)置使得通過(guò)兀電子共扼分子在側(cè) 纟連部分吸附在電才及上而<吏骨架部分的大致平面形結(jié)構(gòu)基本上平4亍 于對(duì)向電極，其中至少包括被吸附分子和對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)體具有根 據(jù)施加在對(duì)向電極之間的偏壓而使得電流沿與大致平面形結(jié)構(gòu)交 叉的方向流動(dòng)的功能，其中元件具有在室溫下呈現(xiàn)出負(fù)樣t分電阻的 偏壓區(qū)域。
此外，本發(fā)明涉及一種功能性分子裝置，其中沿上述結(jié)構(gòu)體的 堆疊方向設(shè)置有通過(guò)將電場(chǎng)施加于第一功能性分子元件來(lái)控制上 述電流的控制電才及。
此外，本發(fā)明涉及第二功能性分子元件，包括包含多個(gè)彼此 相對(duì)i殳置的電4及的對(duì)向電才及以及相對(duì)于各對(duì)向電才及形成的#皮吸附 分子，該-故吸附分子包括具有連4妄至骨架部分(骨架部分具有由兀 電子共扼體系構(gòu)成的大致平面形結(jié)構(gòu))的側(cè)鏈部分的7C電子共扼分
子，該71電子共軛分子如此設(shè)置使得通過(guò)7t電子共軛分子在側(cè)鏈部 分吸附在電4及上而^f吏骨架部分的大致平面形結(jié)構(gòu)基本上平4于于對(duì) 向電纟及，至少包括纟皮吸附分子和對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)體具有4艮據(jù)施加在 只于向電4及之間的偏壓而僅j尋電流在與大致平面形結(jié)構(gòu)交叉的方向 流動(dòng)的功能，其中通過(guò)由功能性分子元件的電流-電壓特性換算獲得
的體積電導(dǎo)率不小于0.1 S/cm。
此外，本發(fā)明涉及一種用于制造第一功能性分子元件和第二功 能性分子元件的方法，包括以下步驟制備兀電子共軛分子的濃度被調(diào)節(jié)的兀電子共軛分子的溶液，使該溶液與電極接觸，以及從溶 液中蒸發(fā)溶劑以便在電極的表面上形成兀電子共輒分子的層，其中
由此堆疊的分子層的數(shù)量與濃度相對(duì)應(yīng)。
才艮據(jù)本發(fā)明的功能性分子元件，兀電子共軛分子形成為具有連 接至骨架部分的側(cè)鏈部分，其中骨架部分具有由兀電子共扼體系構(gòu) 成的大致平面形結(jié)構(gòu)。因此，在^皮吸附分子中，可以獲得一種這樣 的結(jié)構(gòu)，其中側(cè)鏈部分吸附在電極上，由此骨架部分的大致平面形 結(jié)構(gòu)基本上平^f亍于電招j殳置，并且緊密地附著于電才及。因此，可以 改善構(gòu)成兀電子共扼體系的兀電子與電極之間的電相互作用，并且
根據(jù)本發(fā)明的功能性分子元件均是其中至少包括被吸附分子 和對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)體具有4艮據(jù)施加在對(duì)向電極之間的偏壓而使得 電流在與大致平面形結(jié)構(gòu)交叉的方向流動(dòng)的功能。在這種情況下， 對(duì)向電極處的接觸電阻被抑制到如上所述的低水平，并且其影響被 降<氐。因此，功能性分子元件的電流-電壓特性主要由在對(duì)向電極之
間存在的一皮吸附分子、兀電子共輒分子等的裝配體(assembly)的 電性能來(lái)決定。
鑒于此，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。作為他們的 研究結(jié)果，他們成功地獲得具有在室溫下呈現(xiàn)負(fù)樣t分電阻的偏壓區(qū) 域的第 一功能性分子元件，以及通過(guò)由功能性分子元件的電流-電壓 特性換算獲得的體積電導(dǎo)率不小于0.1 S/cm的第二功能性分子元 件，并且完成了本發(fā)明。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在用于制造#4居本發(fā)明的功能 性分子元件的上述方法中，具有特異導(dǎo)電性的兩種功能性分子可以 容易地通過(guò)使用相同的兀電子共軛分子和簡(jiǎn)單地改變?nèi)軇┒謩e制 造。在根據(jù)本發(fā)明的功能性分子裝置中，沿上述結(jié)構(gòu)體的堆疊方向 而設(shè)置通過(guò)將電場(chǎng)施加至第一功能性分子元件來(lái)控制電流的控制
電極。因此，可以構(gòu)造在室溫下呈現(xiàn)負(fù)《斂分電阻(NDR)的功能性 分子裝置，使得存在這樣的可能性，即，可以成功地構(gòu)造新型的分 子開(kāi)關(guān)和分子計(jì)算機(jī)。


圖1示出了基于本發(fā)明的實(shí)施方式1的功能性分子元件的說(shuō)明 圖(a)，以及示出了在陣列結(jié)構(gòu)體的第一層中兀電子共軛分子(被 吸附分子)的取向結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖(b)。
圖2示出了示出構(gòu)成實(shí)施方式1中陣列結(jié)構(gòu)體的7T電子共輒分 子的分子結(jié)構(gòu)的實(shí)例的結(jié)構(gòu)式(a)，以及示出了 ；i電子共軛分子的 基本上盤(pán)形骨架部分的立體結(jié)構(gòu)的示意圖(b)。
圖3是基于本發(fā)明的實(shí)施方式2的絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截 面圖。
圖4示出了示出在本發(fā)明的實(shí)施例中用于制造功能性分子元件 的分子的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)式。
圖5示出了實(shí)施例中的功能性分子元件的截面圖(a)，以及電 才及的電子顯樣i照片(b)。
圖6是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中由5CB溶液制備的功能性分 子裝置的電流-電壓特性的曲線圖。
圖7是示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中由THF溶液制造的功能性 分子元件的電流-電壓特性的曲線圖。圖8示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中其上分別連接有5CB分子和 THF分子的兀電子共扼分子7的結(jié)構(gòu)的i兌明圖。
圖9示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中在由5CB溶液制造的功能性分 子元件中呈現(xiàn)出負(fù)樣t分電阻(NDR)的區(qū)域的產(chǎn)生才幾理的"i兌明圖。
具體實(shí)施例方式
在#4居本發(fā)明的第一功能性分子元件中，優(yōu)選地，作為結(jié)構(gòu)體 的一部分，其中與被吸附分子相同種類的兀電子共輒分子和/或與被
吸附分子不同種類的71電子共輒分子通過(guò)在骨架部分中分子間兀-兀
堆疊而在一個(gè)方向上堆疊在被吸附分子的骨架部分上的陣列結(jié)構(gòu) 體形成在對(duì)向電極之間，并且具有允許電流沿陣列結(jié)構(gòu)體的堆疊方
向流動(dòng)的功能。如上所述，隨著通過(guò)分子間71-71堆疊形成陣列結(jié)構(gòu) 體，通過(guò)7C電子之間的相互作用可以有效地使電流在陣列結(jié)構(gòu)體的
i侓疊方向;^動(dòng)。
此夕卜，優(yōu)選地，在各個(gè)正偏壓區(qū)域和負(fù)偏壓區(qū)域中對(duì)稱地存在 一個(gè)呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻的偏壓區(qū)域。此外，優(yōu)選地，通過(guò)柵極電場(chǎng) 的作用來(lái)改變其中呈現(xiàn)出負(fù)孩i分電阻的偏壓區(qū)域。通過(guò)利用這樣的
獨(dú)凈爭(zhēng)電特性，可以構(gòu)造其中負(fù)孩t分電阻的峰頂電壓(peak top voltage)的位置通過(guò)第三電極(柵電極)來(lái)調(diào)節(jié)以及過(guò)去通過(guò)使用 任何材料通過(guò)單個(gè)元件不能實(shí)現(xiàn)的功能性分子元件。
此外，優(yōu)選地，71電子共軛分子的各個(gè)側(cè)鏈部分具有柔性結(jié)構(gòu)。 如果這樣的話，側(cè)鏈部分更易于吸附在電才及上，/人而降^氐電4及與它 們之間的電阻。優(yōu)選地，側(cè)鏈部分各自包括烷基、烷氧基、硅烷基 (silanyl)、或其上連接有烷基、烷氧基或硅烷基的芳香環(huán)。此夕卜，優(yōu)選地，71電子共軛分子和/或其他種類的7T電子共軛分
子均是中心金屬離子與線性四吡咯(linear tetrapyrrole )書(shū)f生物的絡(luò) 合物。特別地，如上所述的包括具有鋅離子作為中心金屬離子的絡(luò) 合物的陣列結(jié)構(gòu)體根據(jù)存在或不存在施加在其上的電場(chǎng)呈現(xiàn)出具 有良好導(dǎo)電性的ON-OFF開(kāi)關(guān)特性，因此可以由其制造晶體管等。 作為中心金屬離子，除了鋅離子之外，還可以l吏用過(guò)渡元素和典型 元素的金屬離子，諸如銅離子和鎳離子。
此外，優(yōu)選地，至少7E電子共扼分子是由以下通式(1)表示 的二次甲基膽色素酮右f生物。
通式(1 ): [化學(xué)式1]
在該通式(l)中，R1、 R2、 F^和f^分別獨(dú)立為相同的或不同 的3 ~ 12個(gè)碳原子的烷基。
在這種情況下，R1、 R2、 W和R"可以各自是具有3~ 12個(gè)碳
原子的任何烷基，其實(shí)例包括-C,oH^和-d2H25。在側(cè)4連具有這樣的
碳原子數(shù)的情況下，兀電子共軛分子以良好的定向狀態(tài)被固定到電
19極上而沒(méi)有結(jié)晶，并且易于合成。另一方面，如果石灰原子數(shù)為l或
2，則兀電子共軛分子將容易結(jié)晶并且將不會(huì)顯示液晶狀物理性能， 使得其不期望的取向容易發(fā)生。此外，如果碳原子數(shù)達(dá)到或超過(guò)13, 則難以獲得兀電子共扼分子的取向，并且其合成將是困難的。
在用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一功能性分子元件的方法中，優(yōu)選 地，使用具有棒狀分子骨架并且在其一端具有高極性官能團(tuán)的有機(jī) 分子作為構(gòu)成溶液的溶劑分子。在這種情況下，優(yōu)選地，使用高極 性官能團(tuán)是氰基或羰基的有機(jī)分子作為溶劑分子。此外，優(yōu)選地， 使用選自由氰基聯(lián)苯類、環(huán)己基取代的千腈類、對(duì)氰基苯曱酸酯類、 烷基取代的苯曱酸和環(huán)己烷羧酸酯類以及席夫石咸組成的組中的至 少 一種物質(zhì)作為溶劑分子。
在根據(jù)本發(fā)明的功能性分子裝置中，優(yōu)選地，該裝置被配置為 絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中柵極絕緣層設(shè)置在控制電極之上，源 電極和漏電極形成在絕緣層之上作為對(duì)向電極，并且至少在源電極 和漏電極之間設(shè)置結(jié)構(gòu)體。
在根據(jù)本發(fā)明的第二功能性分子元件中，優(yōu)選地，其中與被吸 附分子相同種類的兀電子共軛分子和/或與被吸附分子不同種類的兀
電子共輒分子通過(guò)在骨架部分分子間7t-兀堆疊而在一個(gè)方向上堆疊
在^L吸附分子的骨架部分上的陣列結(jié)構(gòu)體(作為結(jié)構(gòu)體的 一部分) 形成在對(duì)向電極之間，并且具有使電流沿陣列結(jié)構(gòu)體的堆疊方向流 動(dòng)的功能。如上所述，在陣列結(jié)構(gòu)體通過(guò)分子間兀-兀堆疊形成的情
況下，通過(guò)7T電子之間的相互作用可以有效地4吏電流沿陣列結(jié)構(gòu)體
的i,疊方向:^u動(dòng)。
此外，優(yōu)選地，兀電子共輒分子的各側(cè)鏈部分具有柔性結(jié)構(gòu)。 如果這樣的話，側(cè)鏈部分將容易吸附在電極上，由此可以降低電極與它們之間的電阻。優(yōu)選地，側(cè)鏈部分各自包括烷基、烷氧基、硅 烷基、或其上連接有烷基、烷氧基或硅烷基的芳香環(huán)。
此外，優(yōu)選地，兀電子共軛分子和/或其他種類的兀電子共軛分 子各自是中心金屬離子與線性四吡咯衍生物的絡(luò)合物。作為中心金 屬離子，可以使用過(guò)渡元素的金屬離子，諸如鋅離子、銅離子和鎳 離子，以及典型元素的金屬離子。
在用于制造根據(jù)本發(fā)明的第二功能性分子元件的方法中，作為
構(gòu)成溶液的溶劑分子，優(yōu)選地，使用體積小(non-bulky)的極性分 子。在這種情況下，作為溶劑分子，優(yōu)選地，可以4吏用選自由四氫 呋喃、碳酸亞丙酯、碳S臾亞乙酯、千腈、吡啶和水組成的組中的至 少一種物質(zhì)。
在根據(jù)本發(fā)明的功能性分子裝置中，優(yōu)選地，該裝置被配置為 絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中柵極絕緣層設(shè)置在上述控制電極之 上，源電極和漏電極形成在絕緣層之上作為對(duì)向電極，并且上述結(jié) 構(gòu)體^皮至少布置在源電4及和漏電才及之間。
現(xiàn)在，將通過(guò)參照附圖來(lái)具體地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
實(shí)施方式1
在實(shí)施方式1中，將描述主要對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求1和2以及權(quán)利 要求16和17的功能性分子元件的實(shí)例。
在圖2的(a)中，示出了在實(shí)施方式1中構(gòu)成上述陣列結(jié)構(gòu) 體的兀電子共軛分子1的分子結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)式。在圖2的 (b)中，示意性示出了用于主要示出圖2的(a)中所示的兀電子 共軛分子1的基本上為盤(pán)形骨架部分2的立體結(jié)構(gòu)。在圖2的(b)中，構(gòu)成骨架部分2的金屬離子M、氮原子、碳原子和氧原子以圓 球示出，同時(shí)省略了氫原子，并且側(cè)鏈部分3以極簡(jiǎn)單的省略方式 示出。
如圖2的(a)和(b)所示，兀電子共軛分子1的骨架部分2 具有二次曱基膽色素酮(biladienone)(具體地，4,9-二次曱基膽色 素-l-酮)作為其基本結(jié)構(gòu)。二次曱基膽色素酮是一種具有對(duì)應(yīng)于開(kāi) ;故吟啉環(huán)的結(jié)構(gòu)的線性四吡咯。骨架部分2通過(guò)兀電子共輒體系形 成叫、啉狀剛性的大致平面形結(jié)構(gòu)。此處應(yīng)當(dāng)注意到，由于兩個(gè)羰基 (OO基)在開(kāi)放卟啉環(huán)的裂開(kāi)部分形成，并且它們彼此相對(duì)，因 此骨架部分2具有已經(jīng)稍微由平面形狀扭曲并保持柔性的螺旋巻繞 的基本上盤(pán)狀形狀?；旧媳P(pán)形結(jié)構(gòu)的中心部分中的M是金屬離 子，諸如鋅離子，其可用于功能性分子元件以呈現(xiàn)開(kāi)關(guān)特性。
兀電子共軛分子1具有各自由對(duì)烷基苯基構(gòu)成并連接至骨架部 分2的側(cè)鏈部分3。由于繞C-C軸分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，側(cè)《連部分3形成為 柔性的鏈結(jié)構(gòu)。
在圖1的(a)中，示出了用于示出^^艮據(jù)基于實(shí)施方式1的功 能性分子元件10的結(jié)構(gòu)的才莫型示意圖。在圖1的(b)中，示出了
示出在構(gòu)成分子元件10的陣列結(jié)構(gòu)體4的第一層中7T電子共軛分
子l (上述纟皮吸附分子9吸附在電極表面上)的定向結(jié)構(gòu)(相對(duì)于 電才及定向)的i兌明圖。
在圖1的(a)中，示出了功能性分子元件10,其中均具有基 本上盤(pán)形骨架部分2的71電子共扼分子1沿一個(gè)方向排列在由例如 金構(gòu)成并且之間具有納米級(jí)間隙的兩個(gè)電極5和6之間，它們的盤(pán) 平面平4亍于電才及5和6的表面定向，以形成柱狀陣列結(jié)構(gòu)體4。已知當(dāng)陣列結(jié)構(gòu)體通過(guò)使用均具有剛性盤(pán)形或基本上盤(pán)形的 骨架部分的71電子共輒分子諸如兀電子共扼分子1形成時(shí)，各分子 的盤(pán)形或基本上盤(pán)形的骨架部分通過(guò)71-71電子相互作用彼此平行地 堆疊H吏得以面對(duì)面方式相對(duì))，并且兀電子在由此堆疊的骨架部 分之間離域。特別地，在具有長(zhǎng)鏈(6個(gè)以上碳原子)烷基作為側(cè) 鏈的分子(盤(pán)形液晶等)的情況下，71電子共軛分子以柱狀形式堆
疊并且在堆疊方向上呈現(xiàn)高導(dǎo)電性(參見(jiàn)Yo Shimizu ， T. Higashiyama and T. Fuchita ， "Photoconduction of a mesogenic long-chain tetraphenylporphyrin in a symmetrical sandwich-type cell," Thin Solid Films, 331 (1998)， 279-284)。
此外，人們認(rèn)為通過(guò)配位在盤(pán)形或基本上盤(pán)形的骨架部分的中 心附近可以存在金屬離子(參見(jiàn)Yo Shimizu, "Photoconductivity of Discotic Liquid Crystals: a Mesogenic Long-Chain Tetraphenylporphyrin and Its Metal Complexes," Molecular Crystals and Liquid Crystals, 370(2001), 83-91, S.T. Trzaska, H畫(huà)F. Hsu and T.M. Swager， "Cooperative Chiralith in Columnar Liquid Crystals: Studies of Fluxional Octahedral Metallomesogens，" J. Am. Chem. Soc., 121 (1999), 4518-4519， and Yo Shimizu ， "Columnar Liquid Crystals: Their Diverse Molecular Structures and Intermolecular Interactions," Liquid Crystal ， 6 (2002) ， 147-159 )。
作為如上所述其中線性四吡咯等的基本上盤(pán)形的兀電子共輒分
子通過(guò)兀-7T堆疊而堆疊的陣列結(jié)構(gòu)體的功能的一個(gè)實(shí)例，可以考慮 作為用于電流沿堆疊方向流動(dòng)的管道(溝道鏈)的功能。只于以下分 子進(jìn)行了積極的研究，與普通導(dǎo)電鏈狀分子相比，該分子的電流通 道直徑更大并且能夠-使更多的電流通過(guò)，并且其一皮用作太陽(yáng)能電池 中的電子溝道。
23然而，此處應(yīng)當(dāng)注意到，在〗吏用上述陣列結(jié)構(gòu)體作為導(dǎo)體的情
況下，如圖1的(a)所示，必須確併"吏電流流動(dòng)的方向(連接電 極5和電極6的方向)與陣列結(jié)構(gòu)體4的堆疊方向一致，并且陣列 結(jié)構(gòu)體4的末端部分分別附著于電極5和6的表面以便降〗氐在電^L 5詳口 6處的4妻觸電阻。
然而，如果使用沒(méi)有側(cè)鏈的分子作為構(gòu)成陣列結(jié)構(gòu)體的兀電子 共軛分子，則不存在具有控制電極表面上的分子的吸附狀態(tài)從而使 分子的盤(pán)平面選擇性平行于電極表面定向的功能的基團(tuán)。因此，不 化 、 、o 、 、，
為了解決該問(wèn)題，在本實(shí)施方式中，使用圖2的(a)中所示 的具有柔性側(cè)《連部分3的兀電子共扼分子1作為兀電子共扼分子。 制備兀電子共軛分子1的濃度已被調(diào)節(jié)至適當(dāng)水平的兀電子共軛分 子1的溶液，并且通過(guò)涂H法諸如澆鑄法將該溶液施加至電4及5或 6，接著乂人溶液中蒸發(fā)溶劑，并且必要時(shí)可進(jìn)行退火處理。結(jié)果， 作為上述被吸附分子的被吸附分子9粘著地設(shè)置于電極5或6的表 面，并且7T電子共軛分子通過(guò)兀-兀堆疊而堆疊在4皮吸附分子9上， 以形成陣列結(jié)構(gòu)體4。此處堆疊的兀電子共軛分子沒(méi)有特別限制， 只要它們是能夠在兀電子共軛分子1上形成兀-兀堆疊的分子。雖然 在圖1的(a)中已經(jīng)示出了與7T電子共輒分子1相同種類的分子 的實(shí)例，^f旦是可以堆疊上述其他種類的兀電子共專厄分子。
在這種情況下，如圖1的(b)所示，重要的是，用于形成陣 列結(jié)構(gòu)體4的第一層的7c電子共軛分子1 (被吸附分子9)具有吸 附在電極5(或6)的表面上的柔性側(cè)鏈部分3，從而骨架部分2的 基本上盤(pán)形面基本上平行地固定于并粘附于電極5 (或6)的表面。 因此，骨架部分2中的71電子可以在電極上離域，由此可以將在陣列結(jié)構(gòu)體4與電極5 (或6)之間的界面處的接觸電阻降低至低水平。
此外，通過(guò)兀-兀相互作用來(lái)控制陣列結(jié)構(gòu)體4中的第二層和其 后層的堆疊方向使得上分子層的骨架部分的基本盤(pán)面平行地堆疊 在下分子層的骨架部分的基本盤(pán)面上，其中作為基準(zhǔn)的被吸附分子 9的骨架部分2的基本盤(pán)面平行地設(shè)置在電極平面上。通過(guò)兀電子 之間的相互作用陣列結(jié)構(gòu)體4可以有歲文;也z使電流在堆疊方向流動(dòng)。
以上述方式，可以獲得堅(jiān)固的功能性分子元件10，其中在其與 電極的界面處的接觸電阻非常低，并且可以控制陣列結(jié)構(gòu)體4的堆 疊方向(電流的流動(dòng)方向)。
實(shí)施方式2
在實(shí)施方式2中，作為主要對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求14和15的功能性 分子裝置的實(shí)例，將描述在上述實(shí)施方式1中描述的功能性分子元 件10形成在對(duì)向電極之間并且被構(gòu)造為絕緣4冊(cè)極場(chǎng)效應(yīng)晶體管的 功能性分子裝置。圖3是在本實(shí)施方式中用于說(shuō)明絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng) 晶體管20的結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖3所示，在絕緣柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管20中，摻雜石圭基板11 還用作作為上述控制電極的柵電極13。在硅基4反11的表面上形成 作為柵極絕緣膜12的氧化硅層。由金構(gòu)成的源電極14和漏電極15 例如形成在氧化硅層上作為上述對(duì)向電才及，并且將在實(shí)施方式l中 描述的陣列結(jié)構(gòu)體4 i殳置在這些電才及之間。
那些最緊密分別定位至源電才及14和漏電才及15并且^f應(yīng)于第一 層分子的那些構(gòu)成陣列結(jié)構(gòu)體4的兀電子共軛分子l分別固定在電 極上作為上述被吸附分子9。具體地，如上面已經(jīng)參照?qǐng)D1的(b)
25所描述的，^皮吸附分子9具有其吸附在電才及14或15的表面上的柔 性側(cè)鏈部分3，導(dǎo)致其骨架部分2的基本盤(pán)面平行于電極14或15 的表面固定并附著于電極14或15的表面。因此，骨架部分2的兀 電子可以在電才及上離域，并且可以將在陣列結(jié)構(gòu)體4與電才及14或 15之間的界面處的接觸電阻抑制到低水平。
此外，陣列結(jié)構(gòu)體4中第二層和后面層的堆疊方向以這樣的方 式通過(guò)兀-兀相互作用來(lái)控制使得上分子層中骨架部分的基本盤(pán)面 平行地堆疊在下分子層中骨架部分的基本盤(pán)面上，其中作為基準(zhǔn)的 被吸附分子9的骨架部分2的基本盤(pán)面平行地設(shè)置在電才及平面上。
以這種方式，在界面處與電才及的4妾觸電阻非常小并且堆疊方向 (電流的流動(dòng)方向)被控制的剛性陣列結(jié)構(gòu)體4設(shè)置在由源電極14 和漏電極15構(gòu)成的對(duì)向電極之間。
此外，沿陣列結(jié)構(gòu)體4的堆疊方向或?qū)щ姺较蛟O(shè)置作為上述控 制電極的柵電極13。在柵電極13上施加電壓的情況下，沿與陣列 結(jié)構(gòu)體4的導(dǎo)電方向正交的方向施加電場(chǎng)，由此控制陣列結(jié)構(gòu)體4 的電導(dǎo)率。
對(duì)應(yīng)于4冊(cè)才及長(zhǎng)度的源電才及14與漏電才及15之間的間3巨(間隙) 為約10nm (在分子層的數(shù)量方面，為約10層)。
根據(jù)該實(shí)施方式的功能性分子裝置具有其中構(gòu)成功能性分子 元件10的陣列結(jié)構(gòu)體4形成并設(shè)置在對(duì)向電極之間的構(gòu)造。因此， 在源電極14與漏電極15之間可以顯示在兀電子共軛分子1與源電
電阻被降低至低水平并且使電流可以有效地在陣列結(jié)構(gòu)體4的堆疊 方向流動(dòng)的特性特征，上面已經(jīng)參照功能性分子元件10描述了其特征。因此，可以獲得電性能優(yōu)異的納米尺寸的絕緣柵;fel場(chǎng)效應(yīng)晶 體管20。
實(shí)施例
現(xiàn)在，下面將詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。
<兀電子共軛分子的選擇>
在圖4的(a)中，示出了在本實(shí)施例中用于制造功能性分子 元件10的具有基本上盤(pán)形的骨架部分2的兀電子共軛分子7(對(duì)應(yīng) 于上述兀電子共軛分子1)的結(jié)構(gòu)式。在圖4的(b)和(c)中， 示出了作為用于制造功能性分子元件10的溶劑的4-戊基-4，-氰基聯(lián) 苯(5CB)和四氫呋喃(THF)的結(jié)構(gòu)式。兀電子共軛分子7是具有在對(duì) 位連接有十二烷基-C^H25的苯基作為各柔性側(cè)鏈部分3的二次曱基 膽色素酮書(shū)f生物的《辛纟各合物。
為了正確評(píng)價(jià)功能性分子元件10的特性，應(yīng)該制造具有良好 再現(xiàn)性的功能性分子元件10。為此，首先，必要的是，可以制造具 有良好再現(xiàn)性的可用于制造功能性分子元件10的之間間隙為10 ~ 20 nm的對(duì)向電極。很難以良好的產(chǎn)率制造之間具有20 nm以下的 納米間隙的7于向電才及。
目前，通過(guò)4吏用電子束光刻，可以以基本上足夠的供應(yīng)量來(lái)制 造可用于制造諸如分子開(kāi)關(guān)的功能性分子元件10的納米間隙電^L (參見(jiàn)圖5的(b))。由于高度可靠的電極，此處報(bào)道了4吏用兀電 子共軛分子7作為有源元件的新功能性分子元件10。
至今，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試以通過(guò)使用具有長(zhǎng)烷基4連的盤(pán)形分 子來(lái)制造分子開(kāi)關(guān)。在這種情況下，已經(jīng)使用卟啉、酞菁(S. Cherian，C. Donley， D. Mathine， L LaRussa, W. Xia， N. Armstrong, J. Appl. Phys.， 96, 5638 (2004)， and A.M. van de Craats， N. Stutzmann， O. Bunk, M.M. Nielsen, M. Watson, K. Mullen, H.D. Chanzy, H. Sirringhaus, R.H. Friend, Adv. Mater., (Weinheim， Ger.)， 15， 495 (2003))和六苯并蔻(J. Wu, M.D. Watson， K. Muellen， Angew. Chem.， Int. Ed.， 42, 5329 (2003))作為盤(pán)形分子，并且已關(guān)注通過(guò)這些4匕 合物據(jù)有的自組裝形成聚集體的特性。
與剛提及的具有對(duì)稱完全剛性中心骨架結(jié)構(gòu)的化合物相反，兀 電子共軛分子7的中心骨架結(jié)構(gòu)具有柔性螺旋構(gòu)造，其是不對(duì)稱的 并且兀電子體系在位于間位的石友上是不連續(xù)的且具有sp3雜化軌道， 如參照?qǐng)D2已經(jīng)描述的(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)G Struckmeier, U. Thewalt， J.H. Fuhrhop, J.Am. Chem. Soc.， 98， 278 (1976》J.A.S. Cavaleiro， M丄E. Hewlins, A.H.Jackson, M.G.P.M.S. Neves ， Tetrahedron Lett., 33, 6871 (1992); T. Mizutani， S. Yagi， A. Honmaru, H. Ogoshi, J.Am. Chem. Soc., 118， 5318 (1996); L. Latos-Grazynski ， J. Johnson, S. Attar, M.M. Olmstead, A丄.Balch, Inorg. Chem., 37， 4493， (1998); J.A.Johnson, M.M. Olmstead ， A丄.Balch, Inorg. Chem. ， 38, 5379 (1999); T. Mizutani, S.Yagi, J. Porphyrins and Phthalocyanines， 8， 226 (2004))。
由于在光感受體蛋白中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了具有類似結(jié)構(gòu)的線性四吡 咯，因此通過(guò)利用其柔性構(gòu)造期望二次曱基膽色素酮可應(yīng)用于開(kāi)關(guān) 元件(參見(jiàn)上述參考文獻(xiàn))。
<功能性分子元件的制造>
在圖5的(a)中，示出了在基板上方形成的功能性分子元件 10的截面圖。以下列方式由分別使用5CB和THF作為溶劑并具有2 mM濃度的溶液來(lái)制造包括兀電子共輒分子7的兩種功能性分子 元件10。
首先，通過(guò)使沒(méi)有相應(yīng)中心金屬離子的二次曱基膽色素酮與醋 酸鋅反應(yīng)來(lái)合成7c電子共輒分子7。 4要照在參考文獻(xiàn)(T. Yamauchi， T. Mizutani, K. Wada， S. Horii， H. Fumkawa, S. Masaoka, H.-C. Chang， S. Kitagawa， Chem. Commun., 1309 (2005))中4苗述的方、法 來(lái)合成無(wú)中心金屬離子的二次曱基膽色素酮。
接著，如圖5的(a)所示，制備摻雜硅基板ll,并且在基板 的表面上形成由70nm厚的氧化硅(Si02)層構(gòu)成的絕緣層12。硅 基板11還用作柵電極，并且氧化硅絕緣層用作棚-極絕緣膜12。
隨后，形成5nm厚的鉻(Cr)層和20nm厚的金(Au )層， 并且通過(guò)電子束光刻加工以形成之間具有16 nm間隙的對(duì)向電才及5 和6。在圖5的(b)中，示出了電極5和6的電子顯微照片。圖5 的(a)中的截面圖是沿圖5的(b)中的線5A-5A截取的。
接著，將l pL的溶液滴加到對(duì)向電極之間的間隙位置。在功 能性分子元件由5CB溶液制造的情況下，保存裝配體(assembly) 7天，接著在室溫下真空蒸發(fā)，以從功能性分子元件中除去5CB溶 劑分子。在功能性分子元件由THF溶液制造的情況下，裝配體在 THF的^^包和蒸汽中4呆存7天，4矣著在空氣中在不少于24小時(shí)的時(shí) 間內(nèi)蒸發(fā)，以從功能性分子元件中除去THF溶劑分子。
<電氣測(cè)量>
在電氣測(cè)量之前，對(duì)這兩個(gè)功能性分子元件10均進(jìn)4亍預(yù)處理 用于使ti電子共軛分子7進(jìn)入預(yù)定定向狀態(tài)，其中在不小于2小時(shí) 的時(shí)間內(nèi)施力口乂人—2 V變化到+2 V的偏壓。在這種十青況下，為了 S奪兀電子共軛分子7引導(dǎo)到預(yù)定定向狀態(tài)，重要的是，施加的偏壓以每 次50mV來(lái)逐步增加。鑒于此，首先施加-2V的偏壓，并且以每 個(gè)步驟50 mV的幅度來(lái)逐步增加偏壓，直到在80個(gè)步驟后偏壓達(dá) 到+2 V。
對(duì)于功能性分子元件10的電氣測(cè)量，使用了配備有納米探針 系 統(tǒng) (Nagase Electronic Equipments Service Co., Ltd. BCT-11MDC畫(huà)4K)的半導(dǎo)體參數(shù)分析裝置(Agilent 4156B )。在該裝 置中，可以以可編程的方式來(lái)設(shè)定偏壓。在將預(yù)置偏壓施加在功能 性分子元件10上的同時(shí)，測(cè)量功能性分子元件10的電流-電壓曲線。 此外，納米探針系統(tǒng)具有通過(guò)氣密封(hermetic seal)與外部空氣隔 離的樣品室，并且被如此構(gòu)造使得通過(guò)用氮?dú)獾纳淞髑逑礃悠肥叶?可以使氧或水分的污染最小化。
圖6示出了由5CB溶液制造的功能性分子元件10的電流-電壓 曲線。當(dāng)沒(méi)有施加4冊(cè)才及電壓時(shí)，在負(fù)偏壓側(cè)和正偏壓側(cè)上對(duì)稱地存 在其中呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻(NDR)的兩個(gè)區(qū)域。當(dāng)施加負(fù)柵極電壓 時(shí)，在正偏壓側(cè)上與剛提及的NDR區(qū)域相比偏壓更小的區(qū)域中出 i見(jiàn)兩個(gè)另外的NDR峰。在施加正4冊(cè)4及電壓的情況下，不存在呈玉見(jiàn) 負(fù)4效分電阻(NDR)的區(qū)域(在圖中省略了其數(shù)據(jù))。
圖7示出了對(duì)于由THF溶液制造的功能性分子元件10在沒(méi)有 施加?xùn)艠O電壓的情況下測(cè)量的電流-電壓曲線。這些曲線幾乎沒(méi)有直 線部分，并且在負(fù)偏壓側(cè)和正偏壓側(cè)上是不對(duì)稱的。在施加正偏壓 的區(qū)域中，在施加不小于3V的電壓時(shí)電流急劇增加，并且當(dāng)施加 更高的電壓時(shí)，電流-電壓曲線失去再現(xiàn)性。在施加負(fù)偏壓的區(qū)域中， 出現(xiàn)滯后，即，取決于偏壓是增加還是降低而獲得不同的電流-電壓 曲線。
30流過(guò)由THF溶液制造的功能性分子元件的電流大小在微毫安 級(jí)，其比流過(guò)由5CB溶液制造的功能性分子元件的電流大小至少大 6個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)換算由在沒(méi)有施加圖7所示的任何柵極電壓的情 況下測(cè)量的電流-電壓曲線獲得高達(dá)不小于0.1 S/cm的體積電導(dǎo)率。 附帶地，在該計(jì)算(換算)中，假定陣列結(jié)構(gòu)體具有20nm的長(zhǎng)度、 20 nm的寬度以及20 nm的厚度，并且可以4吏用偏壓為-2.5 V ~ +2.5 V的區(qū)域中的電流值。因此，作為體積電阻，在正偏壓側(cè)上獲得0.15 S/cm的值。此夕卜，4艮定在—2.5 V的偏壓下的電流為—2.0 ^lA，則在 負(fù)偏壓側(cè)上，獲得0.40 S/cm的體積電阻。
此外，當(dāng)施加?xùn)艠O電壓時(shí)，功能性分子元件的電流-電壓曲線并 沒(méi)有顯示出任何顯著的變化，而是僅顯示曲線傾斜的稍微變化。例 如，在偏壓為+2.5 V的情況下，與在沒(méi)有施加4壬^f可^H及電壓的情況 下獲得的電流值相比，施力。+2.0 V的柵4及電壓^f吏電流4又增加至1.2倍。
<陣列結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造〉
分別示于圖6和圖7中的兩個(gè)電流-電壓曲線之間的不同表明， 用于形成功能性分子元件10的的工藝中所使用的溶劑對(duì)功能性分 子元件10中的兀電子共輒分子7的定向施加影響。為了闡明由5CB 溶液制造的功能性分子元件與由THF溶液制造的功能性分子元件 之間的分子取向的不同，本發(fā)明人注意到溶劑分子與兀電子共輒分 子7締合(associate )的現(xiàn)象。
Kita等人才艮道了 一種通過(guò)與兀電子共扼分子7締合的溶劑分子 支配兀電子共軛分子7的聚集狀態(tài)的現(xiàn)象(K. Kita， T. Tokuoka, E. Monno, S. Yagi, H. Nakazumi and T. Mizutani, Tetrahedrons Lett., 47， 1533 (2006))。才艮據(jù)該才艮道，耳又決于溶劑，丌電子共輒分子7在 溶液中或者以單體存在或者形成二聚體；在這種情況下，溶劑是極性的還是非極性的并不重要，重要的是溶劑分子是否與兀電子共軛
分子7締合。同時(shí)，在5CB和THF兩者中，兀電子共專厄分子7的 脫水反應(yīng)的反應(yīng)速率對(duì)于71電子共扼分子7的濃度顯示出線性濃度 依賴性。這表明，在這些溶液中，由于5CB和THF各自與兀電子 共輒分子7的締合，兀電子共輒分子7之間的締合狀態(tài)一皮解除
根據(jù)上述情況，可以認(rèn)為在由5CB溶液制造的功能性分子元件 中和在由THF溶液制造的功能性分子元件中的分子耳又向分別由已 締合有5CB分子的7i電子共輒分子7的性質(zhì)以及由已締合有THF 分子的兀電子共軛分子7的性質(zhì)來(lái)決定。本發(fā)明人進(jìn)行關(guān)于除去來(lái) 自溶劑的溶劑分子的步驟的設(shè)計(jì)，但是發(fā)現(xiàn)在分子基礎(chǔ)上很難完全 除去與兀電子共軛分子7締合的溶劑分子。
圖8是示出了分別締合有5CB分子和THF分子的7i電子共軛 分子7的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。根據(jù)圖4的(b)和(c)中所示的結(jié)構(gòu)式， 可以看出5CB分子體積遠(yuǎn)比THF分子要大并且比THF分子更龐大 (bulkier )。如圖8的(a)所示，在龐大的5CB分子與ti電子共軛 分子7締合的情況下，在陣列結(jié)構(gòu)體中相鄰7i電子共軛分子7之間 存在長(zhǎng)距離,使得在相鄰兀電子共軛分子7之間很難獲得;i-兀堆疊。 另 一方面，在體積小的THF分子與兀電子共專厄分子7締合的情況下， 如圖8的(b)所示，在陣列結(jié)構(gòu)體中相鄰兀電子共扼分子7之間 的距離很小，使得能夠在相鄰兀電子共輒分子7之間形成兀-兀堆疊。
因此，兀電子共軛分子7與5CB分子之間的分子間相互作用顯 著不同于兀電子共輒分子7與THF分子之間的分子間相互作用。因 此，兀電子共扼分子7在功能性分子元件10中的取向在兩種情況之 間也是不同的。分子取向的不同導(dǎo)致功能性分子元件10的電導(dǎo)率 以及由施加4冊(cè)4及電壓引起的構(gòu)象(conformation)和/或分子取向的 變化程度的顯著不同。兀電子共輒分子7具有多個(gè)均具有偶才及矩的官能團(tuán)，并且5CB 分子具有大的《禺才及頭巨(I. Gnatyuk, G Puchkovskaya， O. Yaroshchuk， Y. Goltsov, L. Matkovskaya， J. Baran， T. Morawska-Kowal and H. Ratajczak, J. Molecular Structure, 511-512， 189-197 (1999))。因此， 如果5CB分子保留在功能性分子元件10中，則認(rèn)為與5CB分子締 合的7c電子共軛分子7具有大的偶才及矩，如圖8的(a)所示。另 外，才艮據(jù)基于乂人頭計(jì)算(ab initio )的分子4九道計(jì)算(B3LYP/6-31G(d)) 的模擬，在兀電子共軛分子7的永久偶極矩與由在共輒的吡咯環(huán)中 的三個(gè)氮原子限定的平面之間形成的角度計(jì)算為12.1度。
圖9是說(shuō)明通過(guò)由5CB溶液制造的功能性分子元件呈現(xiàn)的負(fù)微 分電阻的產(chǎn)生機(jī)理的說(shuō)明圖。如上面已經(jīng)參照?qǐng)D6所描述的，在沒(méi) 有施加任何柵極電壓的情況下測(cè)量的電流-電壓曲線中，對(duì)于由5CB 溶液制造的功能性分子元件，在負(fù)偏壓側(cè)和正偏壓側(cè)上對(duì)稱地存在 兩個(gè)NDR區(qū)域。如圖9中的(1 )和(4 )所示，該一對(duì)NDR區(qū)&戈 被認(rèn)為是由于類似于在鐵電液晶中的極化反轉(zhuǎn)的極化反轉(zhuǎn)而逐漸 產(chǎn)生的，并且由偏壓的變化引起。
此夕卜，在施加負(fù)斗冊(cè)極電壓下出現(xiàn)的兩個(gè)另外的NDR峰認(rèn)為是 以以下方式產(chǎn)生的。4冊(cè)纟及電壓的施加導(dǎo)f丈5CB分子在構(gòu)成陣列結(jié)構(gòu) 體4的兀電子共扼分子7的一部分分子中的取向變化。這導(dǎo)致分子 結(jié)構(gòu)和/或分子取向變化，諸如71電子共扼分子7的大致盤(pán)形的中心 骨架變形為橢圓形形狀，導(dǎo)致產(chǎn)生新的^U匕取向，因此產(chǎn)生了新的 另外的NDR峰。此外，陣列結(jié)構(gòu)體4中的極化被如此定向使得通 過(guò)預(yù)先進(jìn)行電場(chǎng)處理而符合正偏壓方向。這被認(rèn)為是為什么在施加 正柵極電壓的情況下，偏壓的變化并不引起極化反轉(zhuǎn)且不可I起任何 NDR區(qū)i或產(chǎn)生的原因。
另一方面，如上面參照?qǐng)D7已經(jīng)描述的，由THF溶液制造的 功能性分子元件的電導(dǎo)率比由5CB溶液制造的功能性分子元件的電導(dǎo)率大至少6個(gè)數(shù)量級(jí)。這種電導(dǎo)率與在其兩端通過(guò)硫醇基連接 至金電才及的2 nm長(zhǎng)的共輒分子的電導(dǎo)率相當(dāng)(J. Reichert, R. Ochs, D. Beckmann, H.B. Weber, M. Mayor and H.v. Lohneysen, Phys. Rev. Lett., 88, 176804, 2002)。
本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)紅外反射吸收光譜清楚地了解到，與預(yù)期 相反，在玻璃基板上的金層上形成的兀電子共軛分子7通過(guò)烷基與 金層表面之間的固定(錨定)而附著于金層表面(E. Matsui， N.N. Matsuzawa， O. Harnack, T. Yamauchi， T. Hatazawa， A. Yasuda and T. Mizutani;即將才是交)。
在本實(shí)施例中的16nm長(zhǎng)間隙不能由單個(gè)分子充滿，因此電^L 之間的導(dǎo)電通^各是通過(guò)多個(gè)分子延伸的導(dǎo)電通路。假定ti電子共軛 分子7與電極5的表面之間以及該分子與電極6的表面之間的接觸 電阻與Reichert等人的共軛分子體系中石克醇基的石克原子S與電極的 金原子Au之間的4妾觸電阻相當(dāng)，則由7i電子共4厄分子7構(gòu)成的陣 列結(jié)構(gòu)體4的電導(dǎo)率太高而不能當(dāng)作通過(guò)多個(gè)分子延伸的導(dǎo)電通路 的電導(dǎo)率。
上述情況是在用于傳輸電子的多個(gè)導(dǎo)電通3各存在于兀電子共軛 分子7中，這些導(dǎo)電通路在電性能方面是類似的并且該導(dǎo)電通路顯 示出良好再現(xiàn)性的證據(jù)。
如圖7所示，由THF溶液制造的功能性分子元件的電流-電壓 曲線沒(méi)有呈現(xiàn)出NDR的區(qū)i或。存在滯后的區(qū)域，即，取決于偏壓 是增加還是降低而出現(xiàn)不同的電流-電壓曲線的區(qū)域被認(rèn)為表明在 陣列結(jié)構(gòu)體4中存在極化。然而，棚4及電壓的施加沒(méi)有使得在電流 —電壓曲線中出J見(jiàn)重大變^匕。由此來(lái)看，^惟測(cè)在由THF 、溶液制造的 功能性分子元件10中，陣列結(jié)構(gòu)體4中的兀電子共軛分子7的分》口才冊(cè)^l電壓而？文
變的狀態(tài),
如上面已經(jīng)描述的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以提供功能性分
子元件10，其中通過(guò)將兀電子共軛分子7的烷基側(cè)鏈吸附在電極表 面上來(lái)降低在構(gòu)成柱狀陣列結(jié)構(gòu)體4的兀電子共軛分子7與電極5
這種情況下，取決于待用于制造功能性分子元件10的溶劑，可以 獲得兩種具有特異導(dǎo)電性的功能性分子元件10。
雖然已經(jīng)基于實(shí)施方式和實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明絕不 限于這些實(shí)施方式和實(shí)施例，當(dāng)然，也可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi) 進(jìn)4亍適當(dāng)變化。
工業(yè)實(shí)用，法
才艮據(jù)本發(fā)明的具有 <吏得在構(gòu)成分子與電才及之間的界面處的接 觸電阻可以被降低的新型結(jié)構(gòu)的功能性分子元件、其制造方法以及 功能性分子裝置可以應(yīng)用于各種電子裝置諸如開(kāi)關(guān)、晶體管、存儲(chǔ) 器和邏輯電路的領(lǐng)域，并且由相同的材料并通過(guò)相同的原理可以制
造/人宏^見(jiàn)尺寸到納米尺寸的元件。
3權(quán)利要求
1. 一種功能性分子元件，包括包含多個(gè)彼此相對(duì)設(shè)置的電極的對(duì)向電極，以及相對(duì)于各所述對(duì)向電極形成的被吸附分子，所述被吸附分子包括具有連接至骨架部分的側(cè)鏈部分的π電子共軛分子，所述骨架部分具有由π電子共軛體系構(gòu)成的大致平面形結(jié)構(gòu)，所述π電子共軛分子如此設(shè)置使得通過(guò)在所述側(cè)鏈部分的所述電極上吸附所述π電子共軛分子而使所述骨架部分的所述大致平面形結(jié)構(gòu)基本上平行于所述對(duì)向電極，至少包括所述被吸附分子和所述對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)體具有根據(jù)施加在所述對(duì)向電極之間的偏壓而使電流在與所述大致平面形結(jié)構(gòu)交叉的方向流動(dòng)的功能，其中所述功能性分子元件具有在室溫下呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻的偏壓區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性分子元件，其中，作為所述結(jié)構(gòu)體的 一 部分，陣列結(jié)構(gòu)體形成在所述對(duì)向電極之間，所述陣列結(jié)構(gòu)體包括與所述被吸附分子相同種類的扼分子，所述相同或不同種類的兀電子共輒分子相對(duì)于所述詳皮吸附分子的所述骨架部分通過(guò)在所述骨架部分中分子間兀-兀堆疊而在一個(gè)方向上堆疊；并且所述元4牛具有4吏電流在所述陣列結(jié)構(gòu)體的i,疊方向流動(dòng)的功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功能性分子元件，其中，在各個(gè)正偏壓區(qū)域和負(fù)偏壓區(qū)i或中對(duì)稱;也存在一個(gè)呈現(xiàn)出所述負(fù)孩史分電阻的所述偏壓區(qū)i或。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功能性分子元件，其中，通過(guò)柵極電場(chǎng)的作用使呈現(xiàn)出所述負(fù)微分電阻的所述偏壓區(qū)域變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述兀電子共軛分子的所述側(cè)鏈部分具有柔性結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述側(cè)鏈部分均包括烷基、烷氧基、硅烷基、或其上連接有烷基、烷氧基或硅烷基的芳香環(huán)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述兀電子共軛分子是中心金屬離子與線性四吡咯衍生物的絡(luò)合物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的功能性分子元件，其中，至少所述兀電子共軛分子是由以下通式(1 )表示的二次曱基膽色素酮書(shū)亍生物通式(1 ):[化學(xué)式1]其中，R1、 R2、 113和114分別獨(dú)立為具有3~12個(gè)碳原子的相同的或不同的烷基。
9. 一種用于制造權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的功能性分子元件的方法，包4舌以下步艱艮制備所述兀電子共軛分子的濃度^皮調(diào)節(jié)的所述7i電子共軛分子的溶液； -使所述溶液與所述電核j妄觸；以及/人所述》容液中蒸發(fā)〉容劑以1"更在所述電才及的表面上形成所述兀電子共軛分子的層，并且由此堆疊的分子層的數(shù)量與所述濃度相7于應(yīng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，使用具有棒狀分子骨架并且在其一端具有高^(guò)l性官能團(tuán)的有才幾分子作為構(gòu)成所述溶液的;容劑分子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，所述高極性官能團(tuán)是氰基或羰基。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，使用選自由氰基聯(lián)苯類、環(huán)己基取代的芐腈類、對(duì)氰基苯曱酸酯類、烷基取代的苯曱酸、環(huán)己烷羧酸酯類以及席夫石咸組成的組中的至少 一種物質(zhì)作為所述溶劑分子。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，使用4-戊基-4，-氰基聯(lián)苯作為所述氰基聯(lián)苯。
14. 一種功能性分子裝置，其中，沿所述結(jié)構(gòu)體的堆疊方向設(shè)置通過(guò)將電場(chǎng)施加于根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的功能性分子元件來(lái)控制所述電流的控制電極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的功能性分子裝置，被配置為絕緣4冊(cè)極場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中柵極絕緣層設(shè)置在所述控制電極之上，源電極和漏電極形成在所述絕緣層之上作為所述對(duì)向電極，并且所述結(jié)構(gòu)體至少i殳置在所述源電極和所述漏電才及之間。
16. —種功能性分子元件，包括包含多個(gè)彼此相對(duì)設(shè)置的電極的對(duì)向電極，以及相對(duì)于各所述對(duì)向電才及形成的#1吸附分子，所述^^皮吸附分子包括具有連接至骨架部分的側(cè)鏈部分的兀電子共軛分子，所述骨架部分具有由兀電子共軛體系構(gòu)成的大致平面形結(jié)構(gòu)，所述兀電子共軛分子如此設(shè)置使得通過(guò)在所述側(cè)鏈部分的所述電才及上吸附所述兀電子共輒分子而4吏所述骨架部分的所述大致平面形結(jié)構(gòu)基本上平行于所述對(duì)向電極，至少包括所述被吸附分子和所述對(duì)向電極的結(jié)構(gòu)體具有根據(jù)施加在所述對(duì)向電極之間的偏壓而使電流在與所述大致平面形結(jié)構(gòu)交叉的方向流動(dòng)的功能，其中通過(guò)由所述功能性分子元件的電流-電壓特性換算獲4尋的體積電導(dǎo)率不小于0.1 S/cm。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的功能性分子元件，其中，作為所述結(jié)構(gòu)的一部分，陣列結(jié)構(gòu)體形成在所述對(duì)向電極之間，所述陣列結(jié)構(gòu)體包括與所述被吸附分子相同種類的兀電子共軛分子和/或與所述被吸附分子不同種類的71電子共軛分子，所述相同或不同種類的兀電子共軛分子相對(duì)于所述被吸附分子的所述骨架部分通過(guò)在所述骨架部分中分子間兀-兀堆疊而在一個(gè)方向上堆疊；并且所述元件具有<吏電流在所述陣列結(jié)構(gòu)體的堆疊方向流動(dòng)的功能。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的功能性分子元件，其中，所述兀電子共軛分子的所述側(cè)鏈部分具有柔性結(jié)構(gòu)。
19. 4艮據(jù)^K利要求16所述的功能性分子元件，其中，所述側(cè)鏈部分均包括烷基、烷氧基、硅烷基、或其上連接有烷基、烷氧基或硅烷基的芳香環(huán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的功能性分子元件，其中，所述兀電子共輒分子是中心金屬離子與線性四吡咯衍生物的絡(luò)合物。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的功能性分子元件，其中，至少所述兀電子共軛分子是由上述通式(1 )表示的二次曱基膽色素酮衍生物。
22. —種用于制造權(quán)利要求16至21中任一項(xiàng)所述的功能性分子元件的方法，包括以下步驟制備所述兀電子共軛分子的濃度被調(diào)節(jié)的所述兀電子共輒分子的溶液；4吏所述溶'液與所述電相j矣觸；以及從所述溶液中蒸發(fā)溶劑以便在所述電才及的表面上形成所述兀電子共軛分子的層，并且由此堆疊的分子層的數(shù)量與所述濃度相對(duì)應(yīng)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，^吏用體積小的極性分子作為構(gòu)成所述溶液的溶劑分子。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的用于制造功能性分子元件的方法，其中，4吏用選自由四氫呋喃、石友酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、芐腈、p比。定和水組成的組中的至少 一種物質(zhì)作為所述溶劑分子。
25.—種在元件中用于調(diào)節(jié)在兩個(gè)對(duì)向電才及之間流動(dòng)的電流^直的 電流調(diào)節(jié)方法，所述元件包括所述兩個(gè)對(duì)向電才及，以及均具有連4妄至具有大致平面形結(jié)構(gòu)的骨架部分的側(cè)《連部 分的多個(gè)平面分子，所述平面分子排列在所述對(duì)向電4及之間 <吏得施加在所述 對(duì)向電極之間的電場(chǎng)方向與所述大致平面形結(jié)構(gòu)是非平行的， 并且所述元件在其電流-電壓特性方面具有呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻 的區(qū)i或，其中，在所述對(duì)向電才及之間流動(dòng)的所述電流值通過(guò)改變 施加在所述對(duì)向電極之間的電壓的強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有特異導(dǎo)電性的功能性分子元件、其制造方法，以及功能性分子裝置，該功能性分子元件具有可以降低構(gòu)成分子與電極之間的界面處的接觸電阻的結(jié)構(gòu)。作為具有大致盤(pán)狀的中心骨架(2)和由烷基構(gòu)成的柔性側(cè)鏈(3)的線性四吡咯中的一種的π電子共軛分子(1)溶解在4-戊基-4’-氰基聯(lián)苯或四氫呋喃中，并且將濃度調(diào)節(jié)至適當(dāng)?shù)乃?。將這種溶液施加至電極(5)和(6)，并且使溶劑蒸發(fā)。由此自組裝形成π電子共軛分子(1)的陣列結(jié)構(gòu)體(4)。以這種方式來(lái)固定陣列結(jié)構(gòu)體(4)的第一層中的被吸附分子(9)使得其側(cè)鏈部分(3)吸附在電極(5)或(6)的表面上，并且骨架(2)的大致盤(pán)形的平面平行地粘附于電極(5)或(6)的表面。在陣列結(jié)構(gòu)體(4)的第二層和隨后層中的π電子共軛分子的堆疊方向通過(guò)盤(pán)形中心骨架(2)之間的π-π相互作用來(lái)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)H01L51/30GK101536206SQ20078004227
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者喜多浩二朗, 松居惠理子, 琴昌大, 畠沢剛信 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社