单分子晶体管制造技术

一种单分子晶体管，包括：第一电极，所述第一电极包括第一电极层和配置在第一电极层的一个端部上的第一金属粒子；第二电极，所述第二电极包括第二电极层和配置在第二电极层的一个端部上的第二金属粒子；第三电极，所述第三电极与第一电极和第二电极绝缘；以及具有π共轭骨架的π共轭分子。第一电极和第二电极配置为，使第一金属粒子与第二金属粒子相对且具有间隙。第一金属粒子及第二金属粒子的一端至另一端的宽度为小于等于10nm。第三电极配置为与第一金属粒子和第二金属粒子之间相对的间隙相邻，并与第一金属粒子和第二金属粒子分隔，π共轭分子配置在第一金属粒子与第二金属粒子之间的间隙中。粒子之间的间隙中。粒子之间的间隙中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单分子晶体管


[0001]本专利技术涉及分子器件，涉及将相当于沟道的区域以分子构成，并通过量子效应使电子或空穴流动的晶体管。

技术介绍

[0002]半导体集成电路随着微细化技术的进步而取得了显著的发展。但是，随着微细化，几个问题也显现出来。例如，被指出如下各种问题：由晶体管的短沟道效应而导致使截止漏电流增大、由栅极绝缘膜薄膜化而导致使栅极漏电流增大、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)结构的工作速度上限、功耗增加、以及由布线高密度化导致使寄生电容增大。
[0003]面对这种技术进步的局极限，正使用自下而上的方法、或者通过将自下而上的方法与自上而下的方法相结合来进行用于实现新电子器件的研究，而非使用对材料进行加工及微细化的自上而下的方法，所述自下而上的方法为由作为物质最小单位的原子或结构所定义的分子构成器件的方法。例如，使用具有数纳米间隙长度的纳米间隙电极，对间隙之间配置有单一纳米粒子或单分子的纳米器件进行研究(参照非专利文献1～9)。
[0004]现有技术文献
[0005]非专利文献
[0006]非专利文献1：Pipit Uky Vivitasari1、Yasuo Azuma、Masanori Sakamoto、Toshiharu Teranishi、Yutaka Majima、“Molecular Single―Electron Transistor Device using Sn-Porphyrin Protected Gold Nanoparticles”、第63届应用物理学会春季学术演讲会演讲予稿集、21a―S323―9(2016年)
[0007]非专利文献2：Chun Ouyang、Yousoo Kim、Kohei Hashimoto、Hayato Tsuji；
[0008]Eiichi Nakamura，Yutaka Majima，“Coulomb Staircase on Rigid Carbon―bridged Oligo(phenylenevinylene)between Electroless Au Plated Nanogap Electrodes”，第63届应用物理学会春季学术演讲会演讲予稿集，21a―S323―11(2016年)
[0009]非专利文献3：Yoonyoung Choi、Yasuo Azuma、Yutaka Majima、“Single-Electron Transistors made by Pt-based Narrow Line Width Nanogap Electrodes”、第77届应用物理学会秋季学术演讲会讲演予稿集、13a-C42-2、(2016年)
[0010]非专利文献4：东康男、大沼悠人、坂本雅典、寺西利治、真岛丰、《纳米粒子单电子晶体管中栅电容的纳米间隙电极形状依赖性》、第77届应用物理学会秋季学术演讲会演讲予稿集、13a-C42-3、(2016年)
[0011]非专利文献5：Yoon Young Choi、Yasuo Azuma、Yutaka Majima、“Single-Electron Transistor based on Platinum Nanogap Electrodes”、KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics、PS-004(2016年)
[0012]非专利文献6：Yoon Young Choi、Yasuo Azuma、Yutaka Majima、“Robust Pt-based Nanogap Electrodes for Single-Electron Transistors”、第64届应用物理学会
春季学术演讲会演讲予稿集、14p-E206-7、(2017年)
[0013]非专利文献7：居藤悠马、Chun Ouyang、桥本康平、辻勇人、中村荣一、真岛丰、“碳架桥低聚亚苯基亚乙烯基单分子线晶体管”、第64届应用物理学会春季学术演讲会演讲予稿集、14a-E 206-2、(2017年)
[0014]非专利文献8：浦山修平、Seung Joo Lee、津田知拓、高野辽、新谷亮、野崎京子、真岛丰、《醌型稠环寡糖单分子德瓦斯的电传导》、第64届应用物理学会春季学术演讲会演讲予稿集、14a-E206-3、(2017年)
[0015]非专利文献9：Pipit Uky Vivitasari、Yoon Young Choi、Ain Kwon、Yasuo Azuma、Masanori Sakamoto、Toshiharu Teranishi、Yutaka Majima、“Gate Oscillation of Chemically Assembled Single-Electron Transistor Using2nm Au Nanoparticle”、第78届应用物理学会秋季学术演讲会演讲予稿集、7a-PB1-4、(2017年)

技术实现思路

[0016]专利技术所要解决的技术课题
[0017]本专利技术的目的在于提供一种显现出共振隧穿效应的单分子晶体管。
[0018]课题解决手段
[0019]本专利技术的一个实施方式涉及的单分子晶体管包括：第一电极，所述第一电极包括第一电极层和第一金属粒子，所述第一金属粒子配置在第一电极层的一个端部上；第二电极，所述第二电极包括第二电极层和第二金属粒子，所述第二金属粒子配置在所述第二电极层的一端部上；第三电极，所述第三电极与第一电极和所述第二电极绝缘；以及π共轭分子，所述π共轭分子具有π共轭骨架。第一电极和第二电极配置为使第一金属粒子与第二金属粒子相对且具有间隙。第一金属粒子及第二金属粒子的一端至另一端的宽度为小于等于10nm。第三电极配置为与第一金属粒子和第二金属粒子之间相对的间隙相邻，并与第一金属粒子和第二金属粒子分隔。π共轭分子配置在第一金属粒子与第二金属粒子之间的间隙中。
[0020]本专利技术的一个实施方式涉及的所述单分子晶体管包括：纳米间隙电极，所述纳米间隙电极配置有一对金属粒子，所述一对金属粒子之间具有小于等于5nm的间隙；功能分子，所述功能分子配置在所述一对金属粒子之间的间隙中；以及栅电极，所述栅电极与所述一对金属粒子之间的间隙相邻配置，并用于向所述功能分子施加电场的作用。在单分子晶体管中，在纳米间隙电极之间流动有共振隧穿电流。
[0021]专利技术效果
[0022]根据本专利技术的一个实施方式，通过在一对金属粒子彼此相对的纳米间隙电极之间的间隙中配置有π共轭分子，可以实现流动有谐振隧穿电流的晶体管。
附图说明
[0023]图1示出了根据本专利技术实施方式的单分子晶体管的概念。
[0024]图2A示出了解释共振隧穿效应的能带模型，并且示出了Vg＝0的状态。
[0025]图2B示出了解释本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单分子晶体管，其特征在于，包括：第一电极，所述第一电极包括第一电极层和第一金属粒子，所述第一金属粒子配置在所述第一电极层的一个端部上；第二电极，所述第二电极包括第二电极层和第二金属粒子，所述第二金属粒子配置在所述第二电极层的一个端部上；第三电极，所述第三电极与所述第一电极和所述第二电极绝缘；以及π共轭分子，所述π共轭分子具有π共轭骨架；所述第一电极和所述第二电极配置为，使所述第一金属粒子与所述第二金属粒子相对且具有间隙，所述第一金属粒子及所述第二金属粒子的一端至另一端的宽度为10nm以下，所述第三电极配置为与所述第一金属粒子和所述第二金属粒子之间相对的间隙相邻，并与所述第一金属粒子和所述第二金属粒子分隔，所述π共轭分子配置在所述第一金属粒子与所述第二金属粒子之间的间隙中。2.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述第一金属粒子与所述第二金属粒子之间的间隙的长度为5nm以下。3.根据权利要求1或2所述的单分子晶体管，其特征在于，所述第一电极层及所述第二电极层包含铂，所述第一金属粒子及所述第二金属粒子为金。4.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述π共轭分子的长度小于5nm。5.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述π共轭分子中，π共轭骨架的一端和另一端包含用于与所述第一金属粒子或所述第二金属粒子化学键合的元素。6.根据权利要求5所述的单分子晶体管，其特征在于，所述π共轭分子包含位于π共轭骨架与所述元素之间的亚烷基、全氟亚烷基(-(CF2)
n-)、氧代亚烷基(-O-(CH2)
n-)或氮代亚烷基(-NH-(CH2)
n-)。7.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述π共轭分子为末端被硫醇基取代的碳桥对亚苯基亚乙烯基寡聚物(COPVn(SH)2)。8.根据权利要求7所述的单分子晶体管，其特征在于，所述末端被硫醇基取代的碳桥对亚苯基亚乙烯基寡聚物的单位数为1～10。9.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述第一金属粒子和所述第二金属粒子中的一者与所述π共轭分子的一端进行化学吸附。10.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述第一金属粒子和所述第二金属粒子包含金(Au)，在所述π共轭分子的一端上化学吸附有硫(S)和金(Au)。11.根据权利要求10所述的单分子晶体管，其特征在于，所述π共轭分子的另一端与硫(S)和氢(H)键合。12.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，
所述第一金属粒子和所述第二金属粒子包含金(Au)，在所述π共轭分子的两端上化学吸附有硫(S)和金(Au)。13.根据权利要求1所述的单分子晶体管，其特征在于，所述第一电极与所述第二电极之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：真岛豊，中村栄一，辻勇人，野崎京子，新谷亮，欧阳春，居藤悠马，李昇柱，
申请(专利权)人：国立研究开发法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：