(57)【要約】      （修正有）【課題】  金属上の有機分子の吸着状態の調整、有機分子の単原子層の吸着層数の調整、有機分子の単分子膜の作製が可能となる技術を提供する。【解決手段】  金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いて、占有状態または非占有状態で、有機分子中の炭素原子に局在する状態密度（ＬＤＯＳ）の観測を行うことにより、有機分子の吸着状態を決定することを通じて、吸着有機分子の吸着状態を調整する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、当該有機分子中の炭素原子に局所する状態密度の観測を行うことにより、有機分子の吸着状態を決定することを含む、吸着有機分子の吸着状態調整方法。
【請求項２】
前記吸着状態の決定が吸着位置の決定である、請求項１に記載の吸着有機分子の吸着状態調整方法。
【請求項３】
金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、当該有機分子中の炭素原子に局所する状態密度の観測を行うことにより、有機分子の単原子層の吸着層数を決定することを含む、吸着有機分子の吸着状態調整方法。
【請求項４】
金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、当該有機分子中の炭素原子に局所する状態密度の観測を行い、
当該金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークにより、当該有機分子が単分子膜状態にあることを決定することを含む、吸着有機分子の単分子膜製造方法。
【請求項５】
走査トンネル顕微鏡と、
有機分子供給装置と、
金属基板と
を含んでなり、
当該走査トンネル顕微鏡を用い当該金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度の観測から当該有機分子の吸着状態を決定する機能を有する、
吸着有機分子の吸着状態調整システム。
【請求項６】
前記吸着状態の決定が吸着位置の決定である、請求項５に記載の吸着有機分子の吸着状態調整システム。
【請求項７】
走査トンネル顕微鏡と、
有機分子供給装置と、
金属基板と
を含んでなり、
当該走査トンネル顕微鏡を用いて得られる、当該金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークの変化により、当該有機分子の単原子層の吸着層数を決定する機能を有する、
吸着有機分子の吸着状態調整システム。
【請求項８】
走査トンネル顕微鏡と、
有機分子供給装置と、
金属基板と
を含んでなり、
当該走査トンネル顕微鏡を用いて得られる、当該金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークにより、当該有機分子が単分子膜状態にあることを決定する機能を有する、
吸着有機分子の単分子膜製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属表面に吸着した有機分子を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の電子デバイスの微細化に伴い、分子デバイスの開発が活発になっている（たとえば特許文献１参照）。特に、有機分子は様々な特徴を持つことから分子デバイスに用いることが試みられている。
【特許文献１】特開２００３−３０９３０７号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような有機分子は、単分子膜に代表されるように、ナノオーダーの厚みで金属上に形成することが要求される場合が多い。しかしながら、金属上に有機分子を被覆する場合に、膜厚の評価は必ずしも容易ではない。本発明は、このような問題を解決し、膜厚の制御に関連する新規な技術を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、有機分子中の炭素原子に局在する状態密度の観測を行うことにより、有機分子の吸着状態を決定することを含む、吸着有機分子の吸着状態調整方法が提供される。吸着状態の決定が吸着位置の決定であることが好ましい。
【０００５】
本発明の他の一態様によれば、金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、有機分子中の炭素原子に局在する状態密度の観測を行うことにより、有機分子の単原子層の吸着層数を決定することを含む、吸着有機分子の吸着状態調整方法が提供される。
【０００６】
本発明のさらに他の一態様によれば、金属に吸着した有機分子について、走査トンネル顕微鏡を用いて、占有状態または非占有状態で、有機分子中の炭素原子に局在する状態密度の観測を行い、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークにより、有機分子が単分子膜状態にあることを決定することを含む、吸着有機分子の単分子膜製造方法が提供される。
【０００７】
本発明のさらに他の一態様によれば、走査トンネル顕微鏡と、有機分子供給装置と、金属基板とを含んでなり、走査トンネル顕微鏡を用い金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度の観測から有機分子の吸着状態を決定する機能を有する、吸着有機分子の吸着状態調整システムが提供される。吸着状態の決定が吸着位置の決定であることが好ましい。
【０００８】
本発明のさらに他の一態様によれば、走査トンネル顕微鏡と、有機分子供給装置と、金属基板とを含んでなり、走査トンネル顕微鏡を用いて得られる、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークの変化により、有機分子の単原子層の吸着層数を決定する機能を有する、吸着有機分子の吸着状態調整システムが提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の一態様によれば、走査トンネル顕微鏡と、有機分子供給装置と、金属基板とを含んでなり、走査トンネル顕微鏡を用いて得られる、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子に局在する状態密度のピークにより、有機分子が単分子膜状態にあることを決定する機能を有する、吸着有機分子の単分子膜製造システムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、金属上の有機分子の吸着状態の決定および調整、有機分子の単原子層の吸着層数の決定および調整、有機分子の単分子膜の作製が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等及び説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００１２】
有機物は絶縁体故、基底状態と励起状態の間のギャップが大きいので金属に吸着したとしても、金属の波動関数の影響が表れることは知られていなかった。
【００１３】
しかしながら、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）で観察したところ、図１，２に示すように、占有状態においても、非占有状態においても、波動関数の滲み出しによると思われる金属誘起ギャップ状態（ＭＩＧＳ）が、空間的には金属との界面近傍にある有機分子の炭素原子上に局在して形成されることが見出された。
【００１４】
図１，２は、基板１としてＣｕを使用し、CnH2n+2 (n=44; tetratetracontane TTC)を300Kで蒸着して作製した。図３に模式的に示すサンプル（ポリエチレン膜２）を使用してＳＴＭ観察した結果を、ＬＤＯＳを縦軸に、図３のＸ−Ｘ断面について図３の下から上に向けた方向における位置を横軸にして示したものである。図１は占有状態における結果、図２は、非占有状態における結果である。図１，２中、横軸の炭素原子（Ｃ）の位置に波動関数の滲み出しによるＬＤＯＳのピーク（以下、炭素原子についてのＬＤＯＳのピークをピークＡという）が示されている。
【００１５】
すなわち、トンネル顕微鏡を用いて金属表面の局所状態密度分布を測定しておき、有機薄膜成長時の上記分布から差し引きして、金属誘起準位の測定を行う。以後、差し引きしたピークＡの大きさをネット強度と呼ぶことにする。そのようにして得られたピークＡの大きさ（ネット強度）は誘起薄膜の厚みと共に図４のような変化を示すことが分かった。
【００１６】
ピークＡの大きさはポリエチレン膜の厚さが増大することにより減少することが分かる。本発明に係る吸着有機分子の吸着状態調整方法では、金属に吸着した有機分子について、ＳＴＭを用いて、占有状態または非占有状態で、有機分子中の炭素原子に局在するＬＤＯＳの観測を行うことにより、有機分子の吸着状態を決定することを通じて、吸着有機分子の吸着状態を調整する。
【００１７】
すなわち、ＳＴＭの観察視野における炭素原子のネット強度を測定することにより、金属上のどの位置に有機分子が強く吸着されているかを知り、吸着有機分子の吸着状態を調整するのである。本発明により、例えば、複数の金属からなる基板上に有機分子を吸着させた場合に、どの金属により多く吸着するか、合金に対する挙動はどうか、一分子中に吸着に寄与すると思われる点が複数ある場合に実際にはどの点が有効に働いているか、吸着有機分子の種類や官能基を変えた場合の挙動はどうか等を検討することができる。
【００１８】
なお、ピークＡの大きさには、金属と吸着分子との距離も反映される。従って、以後に説明する場合を含め、本発明に係る「吸着状態」には、金属上における吸着分子の吸着位置の他に、吸着状態金属と吸着分子との距離等も含まれる。
【００１９】
さらに、本発明に係る吸着有機分子の単分子膜製造方法では、同様の観察から、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳのピークにより、有機分子が単分子膜状態にあることを決定することを通じて、吸着有機分子の単分子膜を製造することができる。この意味では、本発明に係る「吸着状態」には、上記定義に加え、単分子膜状態も含まれる。なお、「単分子膜」とは、単分子の１層のみよりなる膜を意味する。
【００２０】
本発明により、金属上の有機分子の単原子層の吸着層数の決定および調整、有機分子の単分子膜の作製が可能となり、電子分野、バイオ分野等において種々のニーズに対応できることが期待される。
【００２１】
本発明には、ＳＴＭと、有機分子供給装置と、金属基板とＬＤＯＳの観測装置とを含んでなる吸着有機分子の吸着状態調整システムの態様も含まれる。ＳＴＭとＬＤＯＳの観測装置とは一体化されていてもよい。
【００２２】
ＳＴＭを用い金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳの観測から有機分子の吸着状態を決定する機能や、ＳＴＭを用いて得られる、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳのピークの変化により、有機分子の単原子層の吸着層数を決定する機能をこのシステムに持たせることにより、有機分子中の炭素原子の吸着状態を調整することができる。吸着状態の調整には、可能ならばどのような方法を採用してもよい。有機分子を溶解するための溶媒の種類や液中の有機分子の使用量、種類または官能基の変更、膜形成に使用する技術の変更、基板の種類の変更を例示することができる。
【００２３】
さらに、本発明には、ＳＴＭと、有機分子供給装置と、金属基板とＬＤＯＳの観測装置とを含んでなる吸着有機分子の単分子膜製造システムの態様も含まれる。
【００２４】
ＳＴＭを用いて得られる、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳのピークにより、有機分子が単分子膜状態にあることを決定する機能をこのシステムに持たせることにより、吸着有機分子の単分子膜を製造することができる。本発明により、金属上に吸着された有機分子の単分子膜を容易に作製することができる。
【００２５】
なお、上記の諸態様において、有機分子の単原子層の吸着層数を決定することができる機能や有機分子が単分子膜状態にあることを決定する機能は、具体的には、ポリエチレン膜の厚さを増大させていった場合について説明したように、ピークＡの大きさを記録することによって実現することができる。これらの機能は、有機分子の吸着状態を決定する機能も含め、公知のＳＴＭの機能の一部として付与してもよく、ＳＴMとは独立した装置によって実現してもよい。
【００２６】
また、本発明の各態様におけるＳＴＭの観察は、占有状態と非占有状態のいずれで行ってもよい。このために使用するＳＴＭやＬＤＯＳの観測装置としては、公知のどのような装置を使用してもよいが、走査の容易さからＬＤＯＳの観測装置は連続観測装置であることが好ましい。金属基板の材質についても特に制限はなく、合金を使用してもよい。
【００２７】
また、有機分子供給装置は、金属基板上に有機分子の膜を生成できるものであればどのようなものでもよく、蒸着装置、スピンコーティング装置を例示することができるが、単に、金属基板上に有機分子を含む液を滴下し、乾燥させるための器具から成り立っていてもよい。ＳＴＭへの設置も手動、自動のいずれでもかまわない。本発明を適用できる有機分子には特に制限はない。
【００２８】
次に、本発明に係る吸着有機分子の吸着状態調整システムを図５，６を使用して、例示的に説明する。図５は本発明に係る吸着有機分子の吸着状態調整システムを示すブロック図、図６は本システムを使用して吸着有機分子の吸着状態を調整するためのフローチャートを示している。
【００２９】
まず、図５の有機分子供給装置を使用して、図６のステップＳ１に従い、金属基板上に有機分子を吸着させる。ついで、図５のＳＴＭとＬＤＯＳの観測装置とを使用して、図６のステップＳ２に従い、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳを観測する。このとき、図５の吸着状態決定装置を使用して、図６のステップＳ３に示すように、ステップＳ１，Ｓ２の操作を繰り返すことにより、図４に示すようなグラフを得ることを通じて、有機分子の吸着状態を決定することができる。その後、このグラフを下に、図６のステップＳ４に示すように、有機分子供給装置を使用して、金属基板上に有機分子を吸着させ、ついで、図６のステップＳ５に示すように、金属基板に吸着した有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳを観測し、所望の有機分子の吸着状態が得られたことを確認する。
【００３０】
なお、吸着状態決定装置に、吸着有機分子中の炭素原子におけるＬＤＯＳのピークの変化により、有機分子の単原子層の吸着層数を決定する機能を与えれば、上記と同様の手順により、他の吸着有機分子の吸着状態調整システムを実現することができ、また、有機分子が単分子膜状態にあることを決定する機能を与えれば、上記と同様の手順により、吸着有機分子の単分子膜製造システムを実現することができる。
【実施例】
【００３１】
次に本発明の実施例を詳述する。
【００３２】
［実施例１］
図３に示すように、CnH2n+2 (n=44; tetratetracontane TTC)を300 Kで蒸着して、Ｃｕ基板上に図３に示すようなポリエチレン膜を形成した。
【００３３】
このサンプルについてＳＴＭ観察した結果、炭素原子の位置に明るい点が観察された。この点間の距離は、０．５ｎｍでポリエチレンのＣ−Ｃ結合距離に一致していた。
【００３４】
［実施例２］
ポリエチレンの膜厚を適宜変え、実施例１と同様にしてサンプルを作成した。
【００３５】
これらのサンプルについてＬＤＯＳを観測し、ＬＤＯＳを縦軸に、図３のＸ−Ｘ断面について図３の下から上に向けた方向における位置を横軸にした、図１と同様のグラフを作成した。
【００３６】
これらの結果から、炭素ピークＡの高さについて図４と同じようなグラフが得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】占有状態におけるＬＤＯＳを示すグラフである。
【図２】非占有状態におけるＬＤＯＳを示すグラフである。
【図３】基板上に、溶媒に溶解したポリエチレンを塗布後乾燥した様子を示す模式図である。
【図４】ＬＤＯＳのピークＡの大きさの変化を示す模式図である。
【図５】本発明に係る吸着有機分子の吸着状態調整システムを示すブロック図である。
【図６】本システムを使用して吸着有機分子の吸着状態を調整するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１    基板
２    ポリエチレン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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