本文揭示了一种降低了组成分子和电极之间的接触电阻的功能分子元件，其制造方法，以及一种功能分子器件。该方法包括以下步骤。由卟啉类的近似平圆形骨架和挠性侧链（烷基链）组成的π－电子共轭分子（一种线型四吡咯），在电极表面上形成紧密结合的分子单层。通过π－π重叠在此单层上堆叠与所述π－电子共轭分子相同或不同种类的π－电子共轭分子以形成阵列结构。上述步骤的结果是，组成阵列结构的第一分子层的π－电子共轭分子取一定的构型，使得挠性侧链吸附在电极表面上，所述平圆形骨架的取向平行于电极表面，并结合在电极表面上。构成阵列结构的第二分子层和随后的分子层的堆叠方向被π－π相互作用所控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在电场的影响下能够改变电导率的新颖的功能分子元件及其制造方法，还涉及一种功能分子器件。
技术介绍
近来出现了一种被称为纳米技术的新技术，这种技术用来观察、制造和利用10-8米＝10纳米级的微结构。扫描隧道显微镜是在20世纪80年代末专利技术的一种极高精确度的显微镜，用这种显微镜可以对单个原子和分子进行观察和操作。实际上已经报道了使用排列在晶体表面上的原子书写字母。尽管具有这种能力，但是通过对大量原子和分子进行单独操作来制造新材料或组装新器件并不实际。为了通过对原子或分子或其基团进行单独操作以制造极小的纳米级结构，需要有用于超精密制造的新技术。有两种适于纳米级精度的显微加工的体系。一种是所谓的自上而下体系(top down system)，该体系在相关领域中一直被用来制造各种半导体器件。例如通过极为精密的蚀刻至极限，由硅晶片制造集成电路。另一种是所谓的自下而上体系，该体系设计由原子和分子作为极小的组分来组合所需纳米结构。Moore定律(在1965年，由因特尔公司的共同创建人Gordon Moore提出)提出了通过自上而下体系能达到的纳米结构的极限尺寸，该定律限定芯片上晶体管数量每18个月便会翻番。事实上，自1965年以来的30年中，晶体管的集成率一直在如Moore定律所述地增加。根据Semiconductor Industry Association(SIA)出版的对未来15年的International Technology Roadmap for Semiconductor(ITRS)2005 Edition，认为Moore定律将持续有效。ITRS由至2013年的近期规划(roadmap)和至2020年的长期规划组成。前者预计在2013年，DRAM半间距(half pitch)将为32纳米。后者预计在2020年DRAM半间距将缩减到14纳米。随着微制造程度的进一步提高，可制得运行更快而能耗更少的半导体芯片。另外，改进的微制造可以由一个晶片制造更多的产品，从而降低了生产成本。这是微处理器制造商在新产品的处理规则和晶体管集成度方面进行竞争的原因。在1999年11月，美国的一个研究小组公开了微制造技术研究方面的一个划时代的研究结果。该技术由Berkeley的加利福尼亚大学计算机科学专业的Chenming Hu教授及其团队开发。其目的是设计被称为FinFET的场效应晶体管(FET)上的栅极。该研究成果使得在单个半导体芯片上的晶体管数量可达此前技术的400倍。所述栅极是一种用来控制FET通道中电子流的电极。根据现有的常规设计，栅极以平行于半导体表面设置，使其控制来自一面的通道。这种栅极设置的缺点在于，栅极不能切断电子流，除非其比规定的长。因此，栅极长度(gate length)一直被认为是限制晶体管小型化的一个因素。与之相反的是，FinFET具有叉形栅极(fork-shaped gate)，其拥有两个面之间的通道，以进行有效的通道控制。这种结构可以进一步减小栅极长度，相对于相关
能使晶体管更加微型化。上述研究小组提供了栅极长度为18纳米的原型FET，该栅极长度是现有普通栅极长度的十分之一。这一成果相当于ITRS的长期规划中所预计的2014年的尺寸。Chenming Hu教授及其团队希望他们的新技术能够被半导体工业广泛接受，因此未对他们的专利技术要求专利。这使得FinFET可能成为制造技术的主流。另一方面，专家预计Moore定律不再作为自然规律生效的时刻即将到来。由于目前用于半导体芯片的主要技术包括在硅晶片上光刻形成电路图案，为了进一步小型化需要提高分辨率。因此需要开发一种使用较短波长的光的实际技术。在增加集成度中所包括的另一问题是过度的放热，这会导致在高温下发生故障和热致破坏。另外，一些专家预言以目前的速度持续的半导体芯片小型化会达到一个设备成本和加工成本增大，同时生产率降低的阶段。结果半导体工业在2015年左右将无法获利。近来指出的另一个问题是线路边缘粗糙度(即在图案边缘周围的微小不规则)。对于光刻胶掩模表面上的不规则，据称由于图案尺寸比以前减小了很多，因此组成光刻胶的分子的尺寸以及化学增强的光刻胶中酸的扩散距离变得很关键。另一个重要的问题是器件的性能取决于图案边缘的不规则的周期。为解决上述自上而下体系中的瓶颈，正在开发一种新技术，这种新技术能够通过来自自下而上体系中的单个分子，使单个分子能够作为电子部件和构建电子器件(例如分子开关)。对通过自下而上体系由金属、陶瓷或半导体制造纳米结构的技术的研究也在进行之中。如果能够通过自下而上体系将数百万种不同尺寸和功能的分子组合起来，可以设计和制造出完全不同于相关领域中器件的(分子)器件。导电分子各自的宽度仅为0.5纳米，远小于目前的IC技术中所达到的约100纳米的线宽，这种导电分子有可能得到数千倍的高密度配线。另外，如果将单独分子用作存储元件，有可能得到容量比DVD大10000倍的记录器件。分子器件是化学合成的，这不同于相关领域中的硅半导体器件。世界上的第一个聚噻吩(聚合物)有机晶体管是Mitsubishi Electric公司的Hiroshi Koezuka在1986年研制的。另外，Hewlett-Packard公司和洛杉矶的加利福尼亚大学的研究小组研制出有机电子器件，于1999年7月发表在Science上，并申请了专利。(参见美国专利第6256767B 1号和美国专利第6128214号)。它们还用数百万个轮烷分子(其为有机分子)组成的分子膜制造了开关，并通过将它们连接起来完成了AND栅极(作为基本逻辑电路)。美国Rice大学和耶鲁大学的联合小组制造了一种分子开关，这种开关在电场中随着电子注入时分子结构的变化执行开关作用。它们在1999年11月在Science期刊上发表了该结果(见J.Chen，M.A.Reed，A.M.Rawlett和J.M.Tour.“Large on-off ratios and negative differential resistance in a molecular electronicdevice”，Science，1999，第286卷，第1552-1551页)。这种分子开关具有Hewlett-Packard公司和洛杉矶的加利福尼亚大学的研究小组所未达到的反复开关的功能。另外，其尺寸是常规晶体管的百万分之一，其小巧将对小型高性能计算机有所帮助。进行了成功合成的J.Tour教授(Rice大学，化学)提出，由于制造分子开关时不需要昂贵的净化室，因此分子开关的成本可仅为相关领域中半导体成本的千分之一。他计划在5-10年内制造(由有机分子和硅组成的)混合型计算机。Bell实验室(Lucent Technologies Inc.)在1999年由penthacene单晶制成了有机薄膜晶体管。迄今为止广泛研究过的具有电子元件功能的分子器件主要限于被光、热、质子或离子驱动的分子器件(如Ben L.Feringa编辑的“Molecular Switches”，WILEY-VCH，Weinheim，2001所述)，它们仅包括很少一些被电场驱动的例子。在分子器件中仍然存在上述线路边缘粗糙度的问题，随着图案的进一步小型化，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种功能分子元件，该功能分子元件包括电极和保持在所述电极之间的π－电子共轭分子，所述各π－电子共轭分子具有平面或接近平面的骨架以及与所述平面骨架相连的侧链，还形成吸附分子，所述平面骨架的取向约平行于所述电极，由于所述侧链吸附到所述电极上，使得由所述电极和至少所述吸附分子构成的结构能够使电流沿垂直于所述平面骨架的方向流动。
【技术特征摘要】
JP 2005-6-13 2005-1726291.一种功能分子元件，该功能分子元件包括电极和保持在所述电极之间的π-电子共轭分子，所述各π-电子共轭分子具有平面或接近平面的骨架以及与所述平面骨架相连的侧链，还形成吸附分子，所述平面骨架的取向约平行于所述电极，由于所述侧链吸附到所述电极上，使得由所述电极和至少所述吸附分子构成的结构能够使电流沿垂直于所述平面骨架的方向流动。2.如权利要求1所述的功能分子元件，其特征在于，所述结构是由与所述吸附分子相同种类的π-电子共轭分子和/或与所述吸附分子不同种类的π-电子共轭分子组成的阵列结构，所述π-电子共轭分子通过所述骨架中的分子内π-π重叠，沿相对于所述吸附分子的所述骨架的方向堆叠，所述阵列结构能够使电流沿其堆叠方向流动。3.如权利要求2所述的功能分子元件，其特征在于，柱状阵列结构由所述吸附分子和与所述吸附分子相同种类的π-电子共轭分子和/或与所述吸附分子不同种类的π-电子共轭分子，通过在相对电极之间的分子内π-π重叠形成，所述吸附分子存在于所述相对电极的任一个上。4.如权利要求1所述的功能分子元件，其特征在于，所述π-电子共轭分子由所述骨架和与所述骨架相同种类的π-电子共轭骨架和/或与所述骨架不同种类的π-电子共轭骨架组成，它们通过键合链互相连接，所述结构是一种阵列结构，该阵列结构具有通过由所述侧链的吸附以近似平行于所述电极的形式排列的吸附骨架，该阵列结构由与所述吸附骨架相同种类的π-电子共轭骨架和/或与所述吸附骨架不同种类的π-电子共轭骨架组成，所述π-电子共轭骨架沿一个相对于所述吸附骨架的方向堆叠，所述阵列结构能够使电流沿其堆叠方向流动。5.如权利要求4所述的功能分子元件，其特征在于，通过使所述吸附骨架和与所述吸附骨架相同种类的π-电子共轭骨架和/或与所述吸附骨架不同种类的π-电子共轭骨架堆叠，在相对电极之间形成柱状阵列结构，所述吸附骨架存在于所述相对电极的任一个上。6.如权利要求1-5中任一项所述的功能分子元件，其特征在于，所述电流被栅电场的作用控制。7.如权利要求1所述的功能分子元件，其特征在于，所述π-电子共轭分子的所述侧链具有挠性结构。8.如权利要求1所述的功能分子元件，其特征在于，所述π-电子共轭化合物是四吡咯衍生物，酞菁衍生物，具有三个或更多个环的芳族稠合多环化合物中的任一种。9.如权利要求2所述的功能...
【专利技术属性】
技术研发人员：松居惠理子，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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