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UNIMOLECULAR TRANSISTOR NEW_EN

Foreign code F190009980
File No. J1035-02WO
Posted date Oct 28, 2019
Country WIPO
International application number 2019JP007941
International publication number WO 2019168124
Date of international filing Feb 28, 2019
Date of international publication Sep 6, 2019
Priority data
  • P2018-038093 (Mar 2, 2018) JP
Title UNIMOLECULAR TRANSISTOR NEW_EN
Abstract A unimolecular transistor according to the present invention includes: a first electrode having a first electrode layer and a first metal particle disposed at one end section of the first electrode layer; a second electrode having a second electrode layer and a second metal particle disposed at one end section of the second electrode layer; a third electrode insulated from the first electrode and the second electrode; and a π-conjugated molecule having a π-conjugated skeleton. The first electrode and the second electrode are disposed such that the first metal particle and the second metal particle face each other with a gap therebetween. The width from one end to the other end of each of the first metal particle and the second metal particle is 10 nm or less. The third electrode is disposed so as to be adjacent to the gap faced by the first metal particle and the second metal particle and so as to be separated from the first metal particle and the second metal particle. The π-conjugated molecule is disposed in the gap between the first metal particle and the second metal particle.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
The semiconductor integrated circuit, along with the advancement of the microfabrication technology to develop significant. However, some of the problems with miniaturization are also actualized. For example, an increase in the offleak current caused by short-channel effect, thinning of the gate insulating film increases gate leakage and improve the operation speed in the structure limit, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor), an increase in power consumption, a high-density wiring and an increase in the parasitic capacitance due to the various problems have been noted.
Such limitations in technical advances, the size of the processed material is not a top-down approach, a minimum unit of the material and atoms from the molecular structure defined in a bottom-up technique to the components of the device, or by combining top-down approach and bottom-up approach to realize a new electronic devices has been studied. For example, having a gap length of a few nanometers using a nano-gap electrodes, a single nanoparticle in the gap between the nano-device or single molecule is placed has been studied (see Non-Patent Document 1 to 9.).
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
 第1電極層と、前記第1電極層の一端部に配置された第1金属粒子とを有する第1電極と、
 第2電極層と、前記第2電極層の一端部に配置された第2金属粒子を有する第2電極と、
 前記第1電極及び前記第2電極から絶縁された第3電極と、
 π共役骨格を有するπ共役分子と、を含み、
 前記第1電極と前記第2電極とは、前記第1金属粒子と前記第2金属粒子とが対向し、間隙をもって配置され、
 前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子の一端から他端までの幅が10nm以下であり、
 前記第3電極は前記第1金属粒子と前記第2金属粒子とが対向する間隙に隣接し、前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子と離隔して配置され、
 前記π共役分子は前記第1金属粒子と前記第2金属粒子との間隙に配置されている
ことを特徴とする単分子トランジスタ。

[請求項2]
 前記第1金属粒子と前記第2金属粒子との間隙の長さが5nm以下である、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項3]
 前記第1電極層及び前記第2電極層は白金を含み、前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子が金である、請求項1又は2に記載の単分子トランジスタ。

[請求項4]
 前記π共役分子の長さは5nm未満である、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項5]
 前記π共役分子は、π共役骨格の一端と他端に、前記第1金属粒子又は前記第2金属粒子と化学結合する元素を含む、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項6]
 前記π共役分子は、π共役骨格と前記元素との間にメチレン基、パーフロロアルキル基(-(CF 2n-)、オキソメチレン基(-O-(CH 2n-)、又はアザアルキル基(-NH-(CH 2n-)を含む、請求項5に記載の単分子トランジスタ。

[請求項7]
 前記π共役分子が、末端がチオール基で置換された炭素架橋オリゴフェニレンビニレン(COPVn(SH) 2)である、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項8]
 前記末端がチオール基で置換された炭素架橋オリゴフェニレンビニレンのユニット数が1~10である、請求項7に記載の単分子トランジスタ。

[請求項9]
 前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子の一方と、前記π共役分子の一端とが化学吸着している、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項10]
 前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子は金(Au)を含み、前記π共役分子の一端で硫黄(S)と金(Au)とが化学吸着している、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項11]
 前記π共役分子の他端は、硫黄(S)と水素(H)とが結合している、請求項10に記載の単分子トランジスタ。

[請求項12]
 前記第1金属粒子及び前記第2金属粒子は金(Au)を含み、前記π共役分子の両端で硫黄(S)と金(Au)とが化学吸着している、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項13]
 前記第1電極と前記第2電極との間に共鳴トンネル電流が流れる、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項14]
 5nm以下の間隙をもって一対の金属粒子が配置されたナノギャップ電極と、
 前記一対の金属粒子の間隙に配置された機能分子と、
 前記一対の金属粒子の間隙に隣接して配置され、前記機能分子に電場の作用を与えるゲート電極と、を含み、
 前記ナノギャップ電極間に共鳴トンネル電流が流れる
ことを特徴とする単分子トランジスタ。

[請求項15]
 前記一対の金属粒子の一端から他端までの幅が10nm以下である、請求項14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項16]
 前記機能分子は、π共役分子である、請求項14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項17]
 前記機能分子は、剛直な骨格で構成されたπ共役分子であり、請求項14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項18]
 前記π共役分子は、炭素(C)架橋を有するπ共役骨格を有する、請求項16に記載の単分子ランジスタ。

[請求項19]
 前記π共役分子が、炭素架橋オリゴフェニレンビニレンn(COPVn(SH) 2)である、請求項18に記載の単分子トランジスタ。

[請求項20]
 前記前記末端がチオール基で置換された炭素架橋オリゴフェニレンビニレンのユニット数が1~10である、請求項19に記載の単分子トランジスタ。

[請求項21]
 前記金属粒子が金(Au)であり、前記π共役分子の少なくとも一方の硫黄(S)と、前記金属粒子の金(Au)とが化学吸着している、請求項14、18又は19に記載の単分子トランジスタ。

[請求項22]
 前記π共役分子の骨格部分と前記一対の金属粒子とが、トンネル電流が流れる長さで離隔されている、請求項12又は14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項23]
 前記π共役分子の骨格部分と前記一対の金属粒子とが、トンネル電流が流れる長さで離間する部分が、π共役骨格と化学吸着する元素の間の請求項6の基で構成されている請求項12又は14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項24]
 前記、請求項6の基の骨格が、両末端が化学結合した架橋構造を形成することにより、直線状に伸張している請求項12又は14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項25]
 前記ゲート電極に一定電圧を印加し、前記ナノギャップ電極間の一方をソース、他方をドレインとしたときの電流電圧特性が温度の上昇に伴いオンオフ比が大きくなるように変化する、請求項14に記載の単分子トランジスタ。

[請求項26]
 前記π共役分子が、末端がオキソメチレンチオール基(-O-(CH 2n-SH)で置換されたSi架橋キノイド型縮合オリゴシロール誘導体(Si-2×2)である、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項27]
 オン状態におけるコンダクタンスが1μS以上である、請求項1に記載の単分子トランジスタ。

[請求項28]
 単電子トランジスタから共鳴トンネルトランジスタに動作機構が遷移する、請求項1に記載の単分子トランジスタ。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY
  • Inventor
  • MAJIMA, Yutaka
  • NAKAMURA Eiichi
  • TSUJI Hayato
  • NOZAKI Kyoko
  • SHINTANI Ryo
  • OUYANG Chun
  • ITO Yuma
  • LEE SeungJoo
IPC(International Patent Classification)
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