(57)【要約】【課題】所定の長さ及び幅を持ったグラフェンナノリボンを安定的に合成する。【解決手段】グラフェンナノリボンの前駆体として、一般式（１）で表される化合物を用いる。一般式（１）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環の炭素原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。【化１】2019048791.tif 000015【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表されることを特徴とする化合物。
【化１】
2019048791.tif 000008
〔前記一般式（１）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環の炭素原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。〕
【請求項２】
前記Ｘ基、前記Ｙ基及び前記Ｚ基は、水素原子を含まない基であることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
前記Ｘ基、前記Ｙ基及び前記Ｚ基は、相互に独立して、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はトリハロゲン化メチル基であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物。
【請求項４】
下記一般式（２）で表される、Ｚ基及びアミノ基を有する第１化合物の、前記アミノ基をＹ基に変換して、下記一般式（３）で表される第２化合物を合成する工程と、
前記第２化合物の芳香環の炭素原子に結合した水素原子をＸ基に変換して、下記一般式（４）で表される第３化合物を合成する工程と
を含むことを特徴とする化合物の製造方法。
【化２】
2019048791.tif 000009
【化３】
2019048791.tif 000010
【化４】
2019048791.tif 000011
〔前記一般式（２）〜（４）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環の炭素原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。〕
【請求項５】
下記一般式（５）で表される化合物の群から、互いのＸ基の脱離、及び前記Ｘ基が脱離した芳香環の炭素原子同士の結合により、下記一般式（６）で表される第１重合体を合成する工程と、
前記第１重合体から、Ｙ基の脱離、及び前記Ｙ基が脱離した芳香環の炭素原子同士の結合により、下記一般式（７）で表される第２重合体を合成する工程と
を含むことを特徴とするグラフェンナノリボンの製造方法。
【化５】
2019048791.tif 000012
【化６】
2019048791.tif 000013
【化７】
2019048791.tif 000014
〔前記一般式（５）〜（７）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数、ｎは重合度であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環の炭素原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。〕
【請求項６】
前記第１重合体を合成する工程は、前記化合物の群を第１温度で加熱する工程を含み、
前記第２重合体を合成する工程は、前記第１重合体を、前記第１温度よりも高い第２温度で加熱する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載のグラフェンナノリボンの製造方法。
【請求項７】
合成された前記第２重合体の群から、互いのＺ基の脱離、及び前記Ｚ基が脱離した芳香環の炭素原子同士の結合により、前記第２重合体同士が６員環接合された第３重合体を合成する工程を更に含むことを特徴とする請求項５又は６に記載のグラフェンナノリボンの製造方法。
【請求項８】
前記第３重合体を合成する工程は、前記第２重合体の群を、前記第２温度よりも高い第３温度で加熱する工程を含むことを特徴とする、請求項６を引用する請求項７に記載のグラフェンナノリボンの製造方法。
【請求項９】
第１幅を有する半導体性の第１グラフェンナノリボンと、
前記第１グラフェンナノリボンの長さ方向の一端に接合され前記第１幅よりも大きい第２幅を有する金属性の第２グラフェンナノリボンと
を含むことを特徴とするグラフェンナノリボン。
【請求項１０】
前記第１グラフェンナノリボンの長さ方向の他端に接合され前記第１幅よりも大きい第３幅を有する金属性の第３グラフェンナノリボンを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のグラフェンナノリボン。
【請求項１１】
第１幅を有する半導体性の第１グラフェンナノリボン、前記第１グラフェンナノリボンの長さ方向の一端に接続され前記第１幅よりも大きい第２幅を有する金属性の第２グラフェンナノリボン、及び前記第１グラフェンナノリボンの長さ方向の他端に接続され前記第１幅よりも大きい第３幅を有する金属性の第３グラフェンナノリボンを含むグラフェンナノリボンと、
前記第２グラフェンナノリボン上及び前記第３グラフェンナノリボン上にそれぞれ設けられた第１電極及び第２電極と
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記第１グラフェンナノリボン上に絶縁層を介して設けられた第３電極を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物、化合物の製造方法、グラフェンナノリボンの製造方法、グラフェンナノリボン及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノカーボン材料の１つとして、グラフェンナノリボンが知られている。半導体装置へのグラフェンナノリボンの適用を考え、その幅及びエッジ構造を制御し、バンドギャップを有する半導体性のグラフェンナノリボンを得る試みがなされている。グラフェンナノリボンのエッジ構造の１つとして、アームチェアエッジが知られている。また、グラフェンナノリボンを得る手法の１つとして、その幅に対応する分子構造を持った前駆体の化合物を重合、環化してグラフェンナノリボンを合成する、ボトムアップ手法（ボトムアップ合成）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／０６１２５８号パンフレット
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ネイチャー（Nature），２０１０年，第４６６巻，ｐ．４７０−４７３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
グラフェンナノリボン合成の前駆体として知られるこれまでの化合物では、合成に伴い脱離する原子が、重合体の成長起点の炭素ラジカルを終端し、重合体の成長、即ちポリマー化を抑制してしまう場合がある。このようにポリマー化が抑制されてしまうと、十分な長さを有する所定の幅のグラフェンナノリボン、例えば、半導体装置に適用し得る長さ及び幅を持ったグラフェンナノリボンを、安定的に合成することが難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、下記一般式（１）で表される化合物が提供される。
【０００７】
【化１】
2019048791.tif 000002
【０００８】
〔前記一般式（１）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環の炭素原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。〕
また、一観点によれば、上記のような化合物の製造方法、及び上記のような化合物を用いたグラフェンナノリボンの製造方法が提供される。
【０００９】
また、一観点によれば、第１幅を有する半導体性の第１グラフェンナノリボンと、前記第１グラフェンナノリボンの長さ方向の一端に接続され前記第１幅よりも大きい第２幅を有する金属性の第２グラフェンナノリボンとを含むグラフェンナノリボンが提供される。
【００１０】
また、一観点によれば、上記のようなグラフェンナノリボンを用いた半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
化合物の重合を制御し、所定の長さ及び幅を持ったグラフェンナノリボンを安定的に合成することが可能になる。また、そのようなグラフェンナノリボンを用いて高性能の半導体装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第２の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。
【図２】第２の実施の形態に係る前駆体合成の説明図である。
【図３】第２の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
【図４】第２の実施の形態に係るＡＧＮＲのリボン長についての説明図である。
【図５】第２の実施の形態に係るＡＧＮＲのリボン幅についての説明図である。
【図６】第２の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクションの平面形状についての説明図である。
【図７】第３の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。
【図８】第３の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
【図９】第４の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。
【図１０】第４の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
【図１１】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その１）である。
【図１２】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その２）である。
【図１３】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その３）である。
【図１４】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その４）である。
【図１５】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その５）である。
【図１６】第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図（その６）である。
【図１７】第６の実施の形態に係る半導体装置の第１の例を示す図である。
【図１８】第６の実施の形態に係る半導体装置の第２の例を示す図である。
【図１９】第６の実施の形態に係る半導体装置の第３の例を示す図である。
【図２０】電子装置について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
はじめに、グラフェン及びグラフェンナノリボンについて説明する。
グラフェンは、炭素（Ｃ）原子の６員環を二次元平面に敷き詰めたシート構造の材料である。グラフェンは、室温においても極めて高いキャリア（電子及びホール）移動度を有し、バリスティック伝導、半整数量子ホール効果等の特異な電子物性を示す。グラフェンのこのような特性を活かしたナノエレクトロニクスデバイスの研究開発が近年盛んに行われている。
【００１４】
グラフェンは、π電子の共役が二次元に拡張しているため、バンドギャップがゼロに等しく、金属的な性質（ギャップレス半導体）を示す。しかし、グラフェンのサイズがナノスケールになると、シート構造を成すバルクのＣ原子の個数とエッジを成すＣ原子の個数が同等になり、その形状やエッジの影響を強く受けることで、バルクとは大きく異なる物性を示すようになる。
【００１５】
ナノサイズのグラフェンとして、数ｎｍ幅のリボン形状の擬一次元のグラフェン、所謂、グラフェンナノリボン（ＧＮＲ）が広く知られている。ＧＮＲでは、そのエッジ構造やリボン幅によって物性が大きく変化する。
【００１６】
ＧＮＲのエッジ構造には、Ｃ原子が２原子周期で配列したアームチェアエッジとジグザグ状に配列したジグザグエッジの２種類が存在する。アームチェアエッジのＧＮＲ（ＡＧＮＲ）は、量子閉じ込め及びエッジ効果によって有限のバンドギャップが開くことで、半導体的な性質を示す。一方、ジグザグエッジのＧＮＲ（ＺＧＮＲ）は、磁性や金属的な性質を示す。
【００１７】
ＡＧＮＲは、リボン幅方向に数えたＣ−Ｃダイマーラインの数ＮによりＮ−ＡＧＮＲと称される。例えば、ＡＧＮＲのリボン幅方向に６員環が３つ配列したアントラセンを基本ユニットとするＡＧＮＲは、７−ＡＧＮＲと呼ばれる。更に、Ｎの値によって、Ｎ＝３ｐ、３ｐ＋１、３ｐ＋２（ｐは正の整数）の３つのサブグループに分類される。多体効果を考慮した第一原理計算から（例えば、フィジカル・レビュー・レターズ（Physical Review Letters），２００７年，第９９巻，ｐ．１８６８０１−１〜４）、同じサブグループ内でのＮ−ＡＧＮＲのバンドギャップＥｇの大きさは、Ｎの値、即ちリボン幅の増加に伴って減少することが知られている。また、各サブグループ間でのバンドギャップＥｇ３ｐ、Ｅｇ３ｐ＋１、Ｅｇ３ｐ＋２には、Ｅｇ３ｐ＋１＞Ｅｇ３ｐ＞Ｅｇ３ｐ＋２の大小関係がある。
【００１８】
ＧＮＲの形成技術としては、電子線リソグラフィ及びエッチングによりグラフェンシートを裁断するトップダウン的な手法(例えば、フィジカル・レビュー・レターズ（Physical Review Letters），２００７年，第９８巻，ｐ．２０６８０５−１〜４)、カーボンナノチューブを化学的に切開する手法(例えば、ネイチャー（Nature），２００９年，第４５８巻，ｐ．８７２−８７６)、有機溶媒に溶解したグラファイトフレークからソノケミカル法により形成する手法（例えば、サイエンス（Science），２００８年，第３１９巻，ｐ．１２２９−１２３２）等が報告されている。安定した物性を示すＧＮＲを形成するには、リボン幅やエッジ構造の制御が重要であるが、上記の手法では、エッジ構造の制御が難しく、アームチェアエッジとジグザグエッジが混在したＧＮＲが形成されてしまう懸念がある。また、上記の手法では、リボン幅を揃えることも容易ではなく、安定した物性を示すＧＮＲを得ることが難しいという課題がある。
【００１９】
一方、ＧＮＲの形成技術として、ＡＧＮＲをボトムアップ的に形成する手法が報告されている（例えば、上記非特許文献１）。この手法では、予め有機化学合成により形成した前駆体を、所定の基板上に超高真空下で蒸着し、加熱により前駆体同士を基板上で重合、環化することで、ＡＧＮＲを合成する（ボトムアップ合成）。例えば、１０，１０’−ジブロモ−９，９’−ビアントラセンを前駆体（モノマー）とし、これを所定の基板上に蒸着し、２００℃で加熱すると、臭素（Ｂｒ）原子が脱離し、前駆体同士がそれらの中央部で重合したポリマー鎖が形成される。更に、４００℃で加熱すると、水素（Ｈ）原子が脱離し、環化反応が誘起されることで、バンドギャップＥｇが３．８ｅＶの半導体性の７−ＡＧＮＲが形成される。安定した物性を示すＧＮＲを形成するには、このようなボトムアップ合成が有効と考えられる。
【００２０】
しかし、ボトムアップ合成では、その前駆体として、芳香環がＨ原子で終端された分子を用いると、比較的低温の加熱でも部分的な環化反応で脱離したＨ原子が、Ｂｒ原子の脱離したＣラジカルを終端（Ｃ−Ｈ結合又はＣ−Ｈ2結合）し、ポリマー化が抑制される場合がある。このようなポリマー化の抑制は、ＡＧＮＲのリボン長の増大を阻害する要因となり、例えば、合成されるＡＧＮＲの平均リボン長が３０ｎｍ程度に制限されてしまう。また、ポリマー鎖は、短ければ短いほど基板上で熱拡散するため、ポリマー鎖同士が、目的とする連結点以外でランダムに結合した、欠陥（５員環や７員環）を含むＡＧＮＲの接合体、所謂ＡＧＮＲジャンクションが形成され易くなる。
【００２１】
ＡＧＮＲの電子デバイスへの応用の観点から、これまでのリボン長では不十分となる場合がある。例えば、トランジスタのチャネルにＡＧＮＲを利用する場合、製造プロセスの簡便化や電極とのコンタクト抵抗の低減のためには、数百ｎｍといったリボン長のＡＧＮＲの実現が期待されている。
【００２２】
以上のような点に鑑み、ここでは、以下の実施の形態において示すような化合物を前駆体として用いたボトムアップ合成によりＡＧＮＲを得る手法について説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００２３】
ＡＧＮＲの前駆体として用いる化合物は、式（２）に示すような構造を有する。
【００２４】
【化２】
2019048791.tif 000003
【００２５】
式（２）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環のＣ原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。換言すれば、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環からの脱離温度が、Ｘ、Ｙ、Ｚの順に高くなる基ということもできる。
【００２６】
このように式（２）の化合物は、ベンゼン、アントラセン、ペンタセン、ヘプタセン、ノナセンといった芳香環（ベンゼン若しくはアセン又はそれらのダイマー）に、Ｘ基、Ｙ基、Ｚ基が結合し、それらによって芳香環のＣ原子が終端された構造を有する。
【００２７】
Ｘ基、Ｙ基、Ｚ基は、例えば、相互に独立して、フッ素（Ｆ）原子、塩素（Ｃｌ）原子、Ｂｒ原子、ヨウ素（Ｉ）原子等のハロゲン原子である。式（２）に示す化合物では、ハロゲン原子が、芳香環のＣ原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなるような組み合わせで、結合される。例えば、Ｘ＝Ｉ、Ｙ＝Ｂｒ、Ｚ＝Ｃｌといった組み合わせや、Ｘ＝Ｂｒ、Ｙ＝Ｃｌ、Ｚ＝Ｆといった組み合わせで、芳香環のＣ原子に結合される。このようにＸ基、Ｙ基及びＺ基がハロゲン原子の場合、芳香環のＣ原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなることは、換言すれば、原子量が、Ｘ基、Ｙ基、Ｚ基の順に小さくなると言うこともできる。
【００２８】
Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環のＣ原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなるものであれば、上記のようなハロゲン原子に限定されない。例えば、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、相互に独立して、ニトリル基（ＣＮ基）、ニトロ基（ＮＯ2基）、トリハロゲン化メチル基（ＣＦ3基、ＣＣｌ3基、ＣＢｒ3基、ＣＩ3基）であってもよい。
【００２９】
式（２）の化合物は、芳香環のＣ原子がＨ原子で終端されていない構造、即ち、Ｃ−Ｈ結合を含まない構造を有する。
式（２）に示すような前駆体は、次のようにして合成される。
【００３０】
まず、式（３）に示すような化合物、即ち、上記式（２）のＸ基にＨ原子が結合し、Ｙ基にアミノ基（ＮＨ2基）が結合した構造を有する化合物を準備する。
【００３１】
【化３】
2019048791.tif 000004
【００３２】
準備された式（３）の化合物のＮＨ2基をＹ基に変換し、式（４）に示すような化合物を得る。
【００３３】
【化４】
2019048791.tif 000005
【００３４】
得られた式（４）の化合物のＨ原子をＸ基に変換し、上記式（２）に示すような化合物を得る。
尚、式（３）及び（４）中、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜４の整数であり、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基は、芳香環のＣ原子との結合エネルギーが、Ｃ−Ｘ結合、Ｃ−Ｙ結合、Ｃ−Ｚ結合の順に大きくなる基である。
【００３５】
例えば、上記式（２）の化合物として、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロ−９，１０−ジヨードアントラセン（ｓ＝ｔ＝１、Ｘ＝Ｉ、Ｙ＝Ｂｒ、Ｚ＝Ｃｌ）を合成する場合であれば、次のようにすることができる。まず、１，４，５，８−テトラアミノ−２，３，６，７−テトラクロロアントラセン（1,4,5,8-tetraamino-2,3,6,7-tetrachloroanthracene）を準備し、そのＮＨ2基を、サンドマイヤー反応等によってＢｒ基に変換し、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロアントラセン（1,4,5,8-tetrabromo-2,3,6,7-tetrachloroanthracene）を得る。次いで、ヨウ素化反応によってＩ基を導入し、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロ−９，１０−ジヨードアントラセン（1,4,5,8-tetrabromo-2,3,6,7-tetrachloro-9,10-diiodoanthracene）を得る。
【００３６】
このような方法の例に従い、上記式（２）で示されるような各種前駆体を得ることができる。
続いて、上記のような前駆体を用いたＡＧＮＲの合成について説明する。
【００３７】
ＡＧＮＲの合成では、まず、上記式（２）に示すような前駆体が、真空中で、加熱された金（Ａｕ）の（１１１）面等の基板上に蒸着（真空蒸着）される。この真空蒸着の際、基板上に蒸着された前駆体群が重合し、式（５）に示すような芳香族化合物のポリマー鎖が合成される。
【００３８】
【化５】
2019048791.tif 000006
【００３９】
上記式（２）の前駆体では、Ｃ−Ｘ結合の結合エネルギーが、Ｃ−Ｙ結合及びＣ−Ｚ結合に比べて低い。真空蒸着の際には、Ｘ基が脱離する温度で、且つ、Ｙ基及びＺ基の脱離が抑えられる温度で、加熱を行う。このような温度で真空蒸着を行うと、Ｙ基及びＺ基の脱離に比べてＸ基が優先的に脱離し、Ｘ基の脱離と、Ｘ基が脱離したＣ原子間の結合（Ｃ−Ｃ結合）反応が誘起されて、分子中央の連結点で重合した、式（５）のようなポリマー鎖（重合度ｎ）が安定的に合成される。Ｘ基の脱離に比べてＹ基及びＺ基の脱離が抑えられるため、前駆体とポリマー鎖、或いはポリマー鎖同士の、中央の連結点以外での結合が抑えられる。
【００４０】
合成されたポリマー鎖に対し、更に真空中で、より高温の加熱（第１高温加熱）が行われる。この第１高温加熱の際、基板上のポリマー鎖で環化が進行し、式（６）に示すようなＡＧＮＲが合成される。
【００４１】
【化６】
2019048791.tif 000007
【００４２】
式（５）のポリマー鎖では、Ｃ−Ｙ結合の結合エネルギーが、Ｃ−Ｚ結合に比べて低い。第１高温加熱の際には、Ｙ基が脱離する温度で、且つ、Ｚ基の脱離が抑えられる温度で、加熱を行う。このような温度で第１高温加熱を行うと、Ｚ基に比べてＹ基が優先的に脱離し、Ｙ基の脱離とＣ−Ｃ結合反応が誘起されて環化が進行し、式（６）のようなＡＧＮＲが安定的に合成される。Ｙ基の脱離に比べてＺ基の脱離が抑えられるため、ポリマー鎖同士、ポリマー鎖とＡＧＮＲ、或いはＡＧＮＲ同士の、幅方向（リボン幅方向）の結合が抑えられる。
【００４３】
上記式（２）の前駆体、並びにそれを用いて合成される式（５）のポリマー鎖及び式（６）のＡＧＮＲでは、芳香環のＣ原子がＨ原子で終端されていない。そのため、真空蒸着による式（５）のポリマー鎖の合成過程、及び第１高温加熱による式（６）のＡＧＮＲの合成過程において、Ｈ原子の脱離とそれによるＣラジカルの発生が抑えられる。これにより、式（５）のポリマー鎖の合成過程では、脱離したＨ原子によるポリマー化の停止を抑え、重合度ｎを増大させる、即ち、最終的に得られるＡＧＮＲのリボン長を増大させることができる。例えば、数百ｎｍのリボン長を有するＡＧＮＲが実現される。また、式（５）のポリマー鎖の合成過程、及び式（６）のＡＧＮＲの合成過程では、前駆体同士、前駆体とポリマー鎖、ポリマー鎖同士、ポリマー鎖とＡＧＮＲ、或いはＡＧＮＲ同士の、ランダムな結合、目的とする結合点以外での結合を抑えることができる。
【００４４】
上記のようにして合成される式（６）のＡＧＮＲに対し、更に真空中で、より高温の加熱（第２高温加熱）が行われてもよい。第２高温加熱の際には、Ｚ基が脱離する温度で、加熱を行う。このような温度で第２高温加熱を行うと、平行に隣接するＡＧＮＲ同士の間で、Ｚ基の脱離とＣ−Ｃ結合反応が誘起される。これにより、ＡＧＮＲ同士がリボン幅方向に６員環接合された、ＡＧＮＲジャンクションが合成される。式（６）のＡＧＮＲでは、芳香環のＣ原子がＨ原子で終端されていないため、Ｈ原子の脱離とそれによるＣラジカルの発生が抑えられ、５員環や７員環のような欠陥の発生が抑えられたＡＧＮＲジャンクションを合成することができる。
【００４５】
上記式（２）の前駆体を用い、Ｘ基、Ｙ基及びＺ基の、芳香環のＣ原子との結合エネルギー差、脱離温度差を利用して、上記のような合成を行うことにより、リボン長が長く、欠陥の発生が抑えられたＡＧＮＲ及びＡＧＮＲジャンクションを合成することができる。
【００４６】
以下では、上記のような前駆体及びそれを用いて合成されるＡＧＮＲ及びＡＧＮＲジャンクションの例を、第２〜第４の実施の形態として説明する。
まず、第２の実施の形態について説明する。
【００４７】
図１は第２の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。また、図２は第２の実施の形態に係る前駆体合成の説明図である。
この例では、図１に示すような前駆体１０ａ、即ち、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロ−９，１０−ジヨードアントラセンが用いられる。この前駆体１０ａは、上記式（２）において、ｓ＝ｔ＝１、Ｘ＝Ｉ、Ｙ＝Ｂｒ、Ｚ＝Ｃｌとした構造を有する分子である。
【００４８】
前駆体１０ａは、例えば、図２に示すようにして合成される。まず、１，４，５，８−テトラアミノ−２，３，６，７−テトラクロロアントラセン（図２の化合物１１）が準備され、そのＮＨ2基が、サンドマイヤー反応によってＢｒ基に変換され、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロアントラセン（図２の化合物１２）が得られる。次いで、ヨウ素化反応によってＩ基が導入され、１，４，５，８−テトラブロモ−２，３，６，７−テトラクロロ−９，１０−ジヨードアントラセン（図２の化合物１３、図１の前駆体１０ａ）が得られる。
【００４９】
図１（及び図２）に示すような前駆体１０ａが、所定の基板上に真空蒸着され、更に加熱が行われて、７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。
ここで、前駆体１０ａを真空蒸着する基板としては、例えば、単結晶金属基板が用いられる。このような単結晶金属基板として、例えば、Ａｕ（１１１）面が用いられる。単結晶金属基板としては、Ａｕ（１１１）面のほか、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）等の（１１１）面が用いられてもよい。また、合成されるＡＧＮＲの指向性を制御するために、数ｎｍ幅のステップとテラスの周期構造を有する、上記のような単結晶金属のミスカット基板が用いられてもよい。或いはまた、金属性の結晶基板のほか、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、遷移金属酸化物半導体等の半導体性の結晶基板が用いられてもよい。ここでは、Ａｕ（１１１）面を例にして説明する。
【００５０】
前駆体１０ａを蒸着する前処理として、Ａｕ（１１１）面の有機系不純物（コンタミ）の除去、及びＡｕ（１１１）面の平坦性の向上を目的として、アルゴン（Ａｒ）イオンスパッタと超高真空アニールを１セットとする表面清浄処理が複数サイクル実施される。１セットあたりの表面清浄処理は、Ａｒイオンスパッタが、イオン加速電圧０．８ｋＶ〜２．０ｋＶ、イオン電流１．０μＡ〜１０．０μＡで１分間行われ、超高真空アニールが、５×１０-7Ｐａ以下の真空度を保持しつつ、３００℃〜４５０℃で１０分間行われる。例えば、このような表面清浄処理が、３サイクル実施される。
【００５１】
表面清浄処理が施されたＡｕ（１１１）面を大気に曝すことなく、超高真空の真空槽内で、そのＡｕ（１１１）面上に、７−ＡＧＮＲがｉｎ−ｓｉｔｕで合成される。
その際は、まず、基本真空度が５×１０-8Ｐａ以下の超高真空下にて、前駆体１０ａが、Ｋ−ｃｅｌｌ型エバポレーターで１００℃〜１５０℃に加熱されて昇華され、１００℃〜１５０℃に保持されたＡｕ（１１１）面上に蒸着される。蒸着速度は、例えば、０．０５ｎｍ／分〜０．１ｎｍ／分に設定される。蒸着膜厚は、例えば、０．５ＭＬ〜１ＭＬ（ＭＬ：monolayer、１ＭＬは約０．２ｎｍ）に設定される。
【００５２】
前駆体１０ａでは、基本骨格のアントラセンにＩ原子、Ｂｒ原子、Ｃｌ原子が結合したＣ−Ｉ結合、Ｃ−Ｂｒ結合、Ｃ−Ｃｌ結合のうち、前駆体１０ａ同士の連結点となるＣ−Ｉ結合の結合エネルギーが、他のＣ−Ｂｒ結合及びＣ−Ｃｌ結合の結合エネルギーに比べて低い。１００℃〜１５０℃のＡｕ（１１１）面上に蒸着された前駆体１０ａでは、Ｃ−Ｉ結合が切れることによるＩ原子の脱離（脱Ｉ化）が起こる一方、Ｃ−Ｂｒ結合及びＣ−Ｃｌ結合が切れることによるＢｒ原子及びＣｌ原子の脱離は抑えられる。１００℃〜１５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｉ化、及び脱Ｉ化されたＣ原子間のＣ−Ｃ結合反応が誘起され、前駆体１０ａの分子中央の連結点で重合した、図１に示すようなポリマー鎖２０ａが安定的に合成される。
【００５３】
このポリマー鎖２０ａの合成過程において、前駆体１０ａの分子中央の連結点以外のＣ原子には、Ｉ原子よりも結合エネルギーの高いＢｒ原子、Ｃｌ原子が結合しており、１００℃〜１５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｂｒ原子及びＣｌ原子の脱離は抑えられる。そのため、１００℃〜１５０℃のＡｕ（１１１）面上における、前駆体１０ａとポリマー鎖２０ａ、或いはポリマー鎖２０ａ同士の、中央の連結点以外での結合は抑えられる。
【００５４】
前駆体１０ａの基本骨格にはＣ−Ｈ結合が含まれず、ポリマー鎖２０ａの合成過程では、Ｈ原子の脱離及びそれによるＣラジカルの発生が抑えられる。そのため、ポリマー鎖２０ａは、長さ方向（合成する７−ＡＧＮＲ３０ａのリボン長方向Ｐ）に効果的に延伸される。ポリマー鎖２０ａの長さ（及び合成する７−ＡＧＮＲ３０ａのリボン長）は、例えば、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状（その長さ）によって制御される。
【００５５】
上記のようなポリマー鎖２０ａを合成する真空蒸着に続き、Ａｕ（１１１）面が、例えば、１℃／分〜５℃／分の昇温速度で、２００℃〜２５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成されたポリマー鎖２０ａでは、Ｃ−Ｂｒ結合が切れることによるＢｒ原子の脱離（脱Ｂｒ化）が起こる一方、Ｃ−Ｃｌ結合が切れることによるＣｌ原子の脱離は抑えられる。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｂｒ化、及び脱Ｂｒ化されたＣ原子間のＣ−Ｃ結合反応が誘起され、ポリマー鎖２０ａの環化が進行する。これにより、図１に示すような、エッジがＣｌ原子で終端された、リボン幅方向ＱにＣ原子７個分相当の幅を持った、７−ＡＧＮＲ３０ａが安定的に合成される。
【００５６】
この７−ＡＧＮＲ３０ａの合成過程において、上記のように、２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｃｌ原子の脱離は抑えられる。そのため、２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上における、ポリマー鎖２０ａ同士、ポリマー鎖２０ａと７−ＡＧＮＲ３０ａ、或いは７−ＡＧＮＲ３０ａ同士の、ランダムな結合、目的とする結合点以外での結合（リボン幅方向Ｑの接合）は抑えられる。
【００５７】
このように、前駆体１０ａを用いた７−ＡＧＮＲ３０ａの合成では、前駆体１０ａの基本骨格のアントラセンに結合したＩ原子、Ｂｒ原子、Ｃｌ原子の脱離温度差が利用される。即ち、まず、脱離温度が最も低いＩ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、所定の温度の加熱で誘起され、長さ方向に延伸されたポリマー鎖２０ａが合成される。そして、脱離温度が中間のＢｒ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、より高温の加熱で誘起され、ポリマー鎖２０ａが環化され、７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。これにより、リボン長が長く、欠陥の発生が抑えられた７−ＡＧＮＲ３０ａが、安定的に合成される。
【００５８】
上記のような７−ＡＧＮＲ３０ａを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面を更に高温で加熱すると、リボン幅方向Ｑに隣接する７−ＡＧＮＲ３０ａ群がＡｕ（１１１）面上に存在する場合、それらをリボン幅方向Ｑに接合させることができる。
【００５９】
図３は第２の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
例えば、７−ＡＧＮＲ３０ａを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面が、３００℃〜３５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成された７−ＡＧＮＲ３０ａでは、Ｃ−Ｃｌ結合が切れることによるＣｌ原子の脱離（脱Ｃｌ化）が起こる。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上では、リボン長方向Ｐに平行に伸びる７−ＡＧＮＲ３０ａ同士（図３の７−ＡＧＮＲ３１ａ，３２ａ）がリボン幅方向Ｑに隣接する場合、それらの間で、脱Ｃｌ化、及び脱Ｃｌ化されたＣ原子間のＣ−Ｃ結合反応が誘起される。これにより、７−ＡＧＮＲ３０ａ同士がリボン幅方向Ｑに６員環接合されたＡＧＮＲ（７−ＡＧＮＲジャンクション）４０ａが合成される。ここでは一例として、平面Ｌ字形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを図示している。７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａの平面形状は、例えば、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状によって制御される。
【００６０】
ここで、７−ＡＧＮＲ３０ａ及び７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａの平面形状について、図４〜図７を参照して説明する。
図４は第２の実施の形態に係るＡＧＮＲのリボン長についての説明図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）にはそれぞれ、ＡＧＮＲ及びその下地の基板の平面図を模式的に示している。
【００６１】
例えば、図４（Ａ）に示すように、合成する７−ＡＧＮＲ３０ａのリボン長方向Ｐに所定の長さを有する、Ａｕ（１１１）面等の基板５０上に、上記のような手法により、７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。基板５０上には、その長さに応じたリボン長で７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。この基板５０の長さを、図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）の場合よりも長くすると、その基板５０上には、図４（Ａ）の場合よりも長い７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。同様に、基板５０の長さを、図４（Ｃ）に示すように、図４（Ｂ）の場合よりも更に長くすると、その基板５０上には、図４（Ｂ）の場合よりも更に長い７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。
【００６２】
このように、７−ＡＧＮＲ３０ａは、その合成が行われる基板５０の長さに応じたリボン長で合成することができる。７−ＡＧＮＲ３０ａの合成では、上記のような前駆体１０ａを用い、ポリマー鎖２０ａの合成（及び環化）を、Ｉ原子の脱離温度よりも高く、Ｂｒ原子及びＣｌ原子の脱離温度よりも低い温度で行うことで、基板５０の長さに相当する分、前駆体１０ａの重合を継続させることができる。そのため、基板５０の長さに応じた重合度ｎのポリマー鎖２０ａを合成することができ、合成されたポリマー鎖２０ａの環化により、基板５０の長さに応じたリボン長の７−ＡＧＮＲ３０ａを合成することができる。換言すれば、基板５０の長さによって７−ＡＧＮＲ３０ａのリボン長を制御することができる。
【００６３】
図５は第２の実施の形態に係るＡＧＮＲのリボン幅についての説明図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）にはそれぞれ、ＡＧＮＲ及びその下地の基板の平面図を模式的に示している。
【００６４】
例えば、図５（Ａ）に示すように、合成する７−ＡＧＮＲ３０ａのリボン幅方向Ｑに所定の幅を有する、Ａｕ（１１１）面等の基板５０上に、上記のような手法により、７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。基板５０上には、その幅に応じて７−ＡＧＮＲ３０ａが合成される。図５（Ａ）には便宜上、基板５０上に１本の７−ＡＧＮＲ３０ａが合成された場合を例示している。この基板５０の幅を、図５（Ｂ）に示すように、図５（Ａ）の場合よりも広くすると、その幅広の基板５０上に合成された、隣接する７−ＡＧＮＲ３０ａ同士の接合により、図５（Ａ）の場合よりも幅の広いＡＧＮＲ、即ち７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａが合成される。図５（Ｂ）には便宜上、２本の７−ＡＧＮＲ３０ａが接合されて７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａが合成された場合を例示している。同様に、基板５０の幅を、図５（Ｃ）に示すように、図５（Ｂ）の場合よりも更に広くすると、その更に幅広の基板５０上には、図５（Ｂ）の場合よりも更に幅の広い７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａが合成される。図５（Ｃ）には便宜上、３本の７−ＡＧＮＲ３０ａが接合されて７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａが合成された場合を例示している。
【００６５】
このように、７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａは、７−ＡＧＮＲ３０ａの合成が行われる基板５０の幅に応じた幅で合成することができる。７−ＡＧＮＲ３０ａの合成では、上記のような前駆体１０ａを用い、ポリマー鎖２０ａの合成及び環化を、Ｃｌ原子の脱離温度よりも低い温度で行うことで、リボン幅方向Ｑのランダムな結合及び欠陥の発生を抑えて、合成を行うことができる。そのため、基板５０の幅に応じた配列数の７−ＡＧＮＲ３０ａを合成することができ、Ｃｌ原子の脱離温度よりも高い温度での加熱により、基板５０の幅に応じた幅の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。換言すれば、基板５０の幅によって７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａの幅を制御することができる。
【００６６】
また、このように基板５０の幅によって７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａの幅が制御されるため、基板５０の幅によって半導体性の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａと金属性の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａとを作り分けることができる。
【００６７】
図６は第２の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクションの平面形状についての説明図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）にはそれぞれ、ＡＧＮＲ及びその下地の基板の平面図を模式的に示している。
【００６８】
上記のように、７−ＡＧＮＲ３０ａ及び７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａは、その合成が行われる基板５０の平面形状（長さ及び幅）に応じた平面形状（長さ及び幅）で合成することができる。例えば、図６（Ａ）に示すような平面Ｌ字形状の基板５０を用いると、その上には、平面Ｌ字形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。例えば、図６（Ｂ）に示すような平面Ｔ字形状の基板５０を用いると、その上には、平面Ｔ字形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。例えば、図６（Ｃ）に示すような平面Ｉ字形状の基板５０を用いると、その上には、平面Ｉ字形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。基板５０の平面形状を選択することで、その上に、各種平面形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。
【００６９】
また、このように基板５０の平面形状によって７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａの平面形状が制御されるため、基板５０の平面形状により、幅狭と幅広の部位を含む或いは半導体性と金属性の部位を含む７−ＡＧＮＲジャンクション４０ａを合成することができる。
【００７０】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図７は第３の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。
この例では、図７に示すような前駆体１０ｂ、即ち、１，１’，４，４’，５，５’，８，８’−オクタクロロ−２，２’，３，３’，６，６’，７，７’−オクタフルオロ−１０，１０’−ジブロモ−９，９’−ビアントリル（1,1',4,4',5,5',8,8'-octachloro-2,2',3,3',6,6',7,7'-octafluoro-10,10'-dibromo-9,9'-bianthryl）が用いられる。この前駆体１０ｂは、上記式（２）において、ｓ＝２、ｔ＝１、Ｘ＝Ｂｒ、Ｙ＝Ｃｌ、Ｚ＝Ｆとした構造を有する分子である。
【００７１】
図７に示すような前駆体１０ｂが、所定の基板上に真空蒸着され、更に加熱が行われて、７−ＡＧＮＲ３０ｂが合成される。
例えば、上記第２の実施の形態で述べたのと同様に、表面清浄処理が施されたＡｕ（１１１）面上に、前駆体１０ｂが蒸着される。前駆体１０ｂは、上記前駆体１０ａ（図１）に比べ、ベンゼン環の数が多く、分子量が大きくなるため、その昇華温度は高くなる。前駆体１０ｂは、２００℃〜２５０℃に加熱されて昇華され、２００℃〜２５０℃に保持されたＡｕ（１１１）面上に蒸着される。
【００７２】
前駆体１０ｂでは、基本骨格のビアントリルにＢｒ原子、Ｃｌ原子、Ｆ原子が結合したＣ−Ｂｒ結合、Ｃ−Ｃｌ結合、Ｃ−Ｆ結合のうち、前駆体１０ｂ同士の連結点となるＣ−Ｂｒ結合の結合エネルギーが、他のＣ−Ｃｌ結合及びＣ−Ｆ結合の結合エネルギーに比べて低い。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上に蒸着された前駆体１０ｂでは、Ｃ−Ｂｒ結合が切れることによるＢｒ原子の脱離が起こる一方、Ｃ−Ｃｌ結合及びＣ−Ｆ結合が切れることによるＣｌ原子及びＦ原子の脱離は抑えられる。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｂｒ化及びＣ−Ｃ結合反応が誘起され、前駆体１０ｂの分子中央の連結点で重合した、図７に示すようなポリマー鎖２０ｂが安定的に合成される。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｃｌ原子及びＦ原子の脱離は抑えられ、前駆体１０ｂとポリマー鎖２０ｂ、或いはポリマー鎖２０ｂ同士の、中央の連結点以外での結合は抑えられる。
【００７３】
前駆体１０ｂの基本骨格にはＣ−Ｈ結合が含まれず、ポリマー鎖２０ｂの合成過程では、Ｈ原子の脱離及びそれによるＣラジカルの発生が抑えられるため、ポリマー鎖２０ｂは、長さ方向（合成する７−ＡＧＮＲ３０ｂのリボン長方向Ｐ）に効果的に延伸される。ポリマー鎖２０ｂの長さ（及び合成する７−ＡＧＮＲ３０ｂのリボン長）は、例えば、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状（その長さ）によって制御される。
【００７４】
上記のようなポリマー鎖２０ｂを合成する真空蒸着に続き、Ａｕ（１１１）面が、例えば、１℃／分〜５℃／分の昇温速度で、３００℃〜３５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成されたポリマー鎖２０ｂでは、Ｃ−Ｃｌ結合が切れることによるＣｌ原子の脱離が起こる一方、Ｃ−Ｆ結合が切れることによるＦ原子の脱離は抑えられる。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｃｌ化及びＣ−Ｃ結合反応が誘起され、ポリマー鎖２０ｂの環化が進行する。これにより、図７に示すような、エッジがＦ原子で終端された、７−ＡＧＮＲ３０ｂが安定的に合成される。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｆ原子の脱離は抑えられ、ポリマー鎖２０ｂ同士、ポリマー鎖２０ｂと７−ＡＧＮＲ３０ｂ、或いは７−ＡＧＮＲ３０ｂ同士の、ランダムな結合、目的とする結合点以外での結合（リボン幅方向Ｑの接合）は抑えられる。
【００７５】
前駆体１０ｂを用いて合成される７−ＡＧＮＲ３０ｂは、上記第２の実施の形態（図４）で述べたように、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の長さに応じたリボン長で合成される。
【００７６】
このように、前駆体１０ｂを用いた７−ＡＧＮＲ３０ｂの合成では、前駆体１０ｂの基本骨格のビアントリルに結合したＢｒ原子、Ｃｌ原子、Ｆ原子の脱離温度差が利用される。即ち、まず、脱離温度が最も低いＢｒ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、所定の温度の加熱で誘起され、長さ方向に延伸されたポリマー鎖２０ｂが合成される。そして、脱離温度が中間のＣｌ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、より高温の加熱で誘起され、ポリマー鎖２０ｂが環化され、７−ＡＧＮＲ３０ｂが合成される。これにより、リボン長が長く、欠陥の発生が抑えられた７−ＡＧＮＲ３０ｂが、安定的に合成される。
【００７７】
上記のような７−ＡＧＮＲ３０ｂを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面を更に高温で加熱すると、リボン幅方向Ｑに隣接する７−ＡＧＮＲ３０ｂ群がＡｕ（１１１）面上に存在する場合、それらをリボン幅方向Ｑに接合させることができる。
【００７８】
図８は第３の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
例えば、７−ＡＧＮＲ３０ｂを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面が、４００℃〜４５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。４００℃〜４５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成された７−ＡＧＮＲ３０ｂでは、Ｃ−Ｆ結合が切れることによるＦ原子の脱離（脱Ｆ化）が起こる。４００℃〜４５０℃のＡｕ（１１１）面上では、リボン長方向Ｐに平行に伸びる７−ＡＧＮＲ３０ｂ同士（図８の７−ＡＧＮＲ３１ｂ，３２ｂ）がリボン幅方向Ｑに隣接する場合、それらの間で、脱Ｆ化、及び脱Ｆ化されたＣ原子間のＣ−Ｃ結合反応が誘起される。これにより、７−ＡＧＮＲ３０ｂ同士がリボン幅方向Ｑに６員環接合されたＡＧＮＲ（７−ＡＧＮＲジャンクション）４０ｂが合成される。ここでは一例として、平面Ｌ字形状の７−ＡＧＮＲジャンクション４０ｂを図示している。
【００７９】
７−ＡＧＮＲジャンクション４０ｂは、上記第２の実施の形態（図５及び図６）で述べたように、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状に応じた平面形状で合成される。
【００８０】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図９は第４の実施の形態に係る前駆体及びそれを用いたＡＧＮＲ合成の説明図である。
この例では、図９に示すような前駆体１０ｃ、即ち、１，４，５，７，８，１１，１２，１４−オクタクロロ−２，３，９，１０−テトラフルオロ−６，１３−ジブロモペンタセン（1,4,5,7,8,11,12,14-octachloro-2,3,9,10-tetrafluoro-6,13-dibromopentacene）が用いられる。この前駆体１０ｃは、上記式（２）において、ｓ＝１、ｔ＝２、Ｘ＝Ｂｒ、Ｙ＝Ｃｌ、Ｚ＝Ｆとした構造を有する分子である。
【００８１】
図９に示すような前駆体１０ｃが、所定の基板上に真空蒸着され、更に加熱が行われて、リボン幅方向ＱにＣ原子１１個分相当の幅を持った、１１−ＡＧＮＲ３０ｃが合成される。
【００８２】
例えば、上記第２の実施の形態で述べたのと同様に、表面清浄処理が施されたＡｕ（１１１）面上に、前駆体１０ｃが蒸着される。前駆体１０ｃは、２００℃〜２５０℃に加熱されて昇華され、２００℃〜２５０℃に保持されたＡｕ（１１１）面上に蒸着される。
【００８３】
前駆体１０ｃでは、基本骨格のペンタセンにＢｒ原子、Ｃｌ原子、Ｆ原子が結合したＣ−Ｂｒ結合、Ｃ−Ｃｌ結合、Ｃ−Ｆ結合のうち、前駆体１０ｃ同士の連結点となるＣ−Ｂｒ結合の結合エネルギーが、他のＣ−Ｃｌ結合及びＣ−Ｆ結合の結合エネルギーに比べて低い。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上に蒸着された前駆体１０ｃでは、Ｃ−Ｂｒ結合が切れることによるＢｒ原子の脱離が起こる一方、Ｃ−Ｃｌ結合及びＣ−Ｆ結合が切れることによるＣｌ原子及びＦ原子の脱離は抑えられる。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｂｒ化及びＣ−Ｃ結合反応が誘起され、前駆体１０ｃの分子中央の連結点で重合した、図９に示すようなポリマー鎖２０ｃが安定的に合成される。２００℃〜２５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｃｌ原子及びＦ原子の脱離は抑えられ、前駆体１０ｃとポリマー鎖２０ｃ、或いはポリマー鎖２０ｃ同士の、中央の連結点以外での結合は抑えられる。
【００８４】
前駆体１０ｃの基本骨格にはＣ−Ｈ結合が含まれず、ポリマー鎖２０ｃの合成過程では、Ｈ原子の脱離及びそれによるＣラジカルの発生が抑えられるため、ポリマー鎖２０ｃは、長さ方向（合成する１１−ＡＧＮＲ３０ｃのリボン長方向Ｐ）に効果的に延伸される。ポリマー鎖２０ｃの長さ（及び合成する１１−ＡＧＮＲ３０ｃのリボン長）は、例えば、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状（その長さ）によって制御される。
【００８５】
上記のようなポリマー鎖２０ｃを合成する真空蒸着に続き、Ａｕ（１１１）面が、例えば、１℃／分〜５℃／分の昇温速度で、３００℃〜３５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成されたポリマー鎖２０ｂでは、Ｃ−Ｃｌ結合が切れることによるＣｌ原子の脱離が起こる一方、Ｃ−Ｆ結合が切れることによるＦ原子の脱離は抑えられる。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上では、脱Ｃｌ化及びＣ−Ｃ結合反応が誘起され、ポリマー鎖２０ｃの環化が進行する。これにより、図９に示すような、エッジがＦ原子で終端された、１１−ＡＧＮＲ３０ｃが安定的に合成される。３００℃〜３５０℃のＡｕ（１１１）面上では、Ｆ原子の脱離は抑えられ、ポリマー鎖２０ｃ同士、ポリマー鎖２０ｃと１１−ＡＧＮＲ３０ｃ、或いは１１−ＡＧＮＲ３０ｃ同士の、ランダムな結合、目的とする結合点以外での結合（リボン幅方向Ｑの接合）は抑えられる。
【００８６】
前駆体１０ｃを用いて合成される１１−ＡＧＮＲ３０ｃは、上記第２の実施の形態（図４）で述べたように、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の長さに応じたリボン長で合成される。
【００８７】
このように、前駆体１０ｃを用いた１１−ＡＧＮＲ３０ｃの合成では、前駆体１０ｃの基本骨格のペンタセンに結合したＢｒ原子、Ｃｌ原子、Ｆ原子の脱離温度差が利用される。即ち、まず、脱離温度が最も低いＢｒ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、所定の温度の加熱で誘起され、長さ方向に延伸されたポリマー鎖２０ｃが合成される。そして、脱離温度が中間のＣｌ原子の脱離及びＣ−Ｃ結合反応が、より高温の加熱で誘起され、ポリマー鎖２０ｃが環化され、１１−ＡＧＮＲ３０ｃが合成される。これにより、リボン長が長く、欠陥の発生が抑えられた１１−ＡＧＮＲ３０ｃが、安定的に合成される。
【００８８】
上記のような１１−ＡＧＮＲ３０ｃを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面を更に高温で加熱すると、リボン幅方向Ｑに隣接する１１−ＡＧＮＲ３０ｃ群がＡｕ（１１１）面上に存在する場合、それらをリボン幅方向Ｑに接合させることができる。
【００８９】
図１０は第４の実施の形態に係るＡＧＮＲジャンクション合成の説明図である。
例えば、１１−ＡＧＮＲ３０ｃを合成する加熱に続き、Ａｕ（１１１）面が、４００℃〜４５０℃に昇温され、１０分〜１時間保持される。４００℃〜４５０℃のＡｕ（１１１）面上に合成された１１−ＡＧＮＲ３０ｃでは、Ｃ−Ｆ結合が切れることによるＦ原子の脱離が起こる。４００℃〜４５０℃のＡｕ（１１１）面上では、リボン長方向Ｐに平行に伸びる１１−ＡＧＮＲ３０ｃ同士（図１０の１１−ＡＧＮＲ３１ｃ，３２ｃ）がリボン幅方向Ｑに隣接する場合、それらの間で、脱Ｆ化及びＣ−Ｃ結合反応が誘起される。これにより、１１−ＡＧＮＲ３０ｃ同士がリボン幅方向Ｑに６員環接合されたＡＧＮＲ（１１−ＡＧＮＲジャンクション）４０ｃが合成される。ここでは一例として、平面Ｌ字形状の１１−ＡＧＮＲジャンクション４０ｃを図示している。
【００９０】
１１−ＡＧＮＲジャンクション４０ｃは、上記第２の実施の形態（図５及び図６）で述べたように、その下地であるＡｕ（１１１）面等の基板の平面形状に応じた平面形状で合成される。
【００９１】
次に、第５の実施の形態について説明する。
上記のような前駆体を用いて合成されるＡＧＮＲを、半導体装置に用いる例を、第５の実施の形態として説明する。ここでは、半導体装置として、ソース及びドレインとなる一対の電極間をＡＧＮＲで繋ぐ、即ち、ＡＧＮＲをチャネルに用いる電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；ＦＥＴ）を例にする。
【００９２】
図１１〜図１６は第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明図である。以下、図１１〜図１６を参照して順に説明する。
図１１は金属層形成工程の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１１−Ｌ１１断面模式図である。
【００９３】
まず、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、絶縁基板１１０上に金属層１２０を形成し、電子線リソグラフィ及びドライエッチングにより、金属層１２０をパターニングする。
【００９４】
ここで、絶縁基板１１０には、例えば、劈開して清浄表面を出したマイカ基板が用いられる。絶縁基板１１０は、絶縁性と平坦な結晶表面を有するものであれば特に限定されるものではない。絶縁基板１１０には、マイカ基板のほか、ｃ面サファイア結晶基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）結晶基板等が用いられてもよい。ここでは、絶縁基板１１０として、劈開されたマイカ基板を用いる場合を例にする。
【００９５】
絶縁基板１１０上には、金属層１２０が形成される。金属層１２０は、後述のようにＡＧＮＲ又はＡＧＮＲジャンクションが合成される際の下地となる層である。例えば、絶縁基板１１０であるマイカ基板の劈開面上に、金属層１２０として、Ａｕが、蒸着法により、１０ｎｍ〜５０ｎｍの膜厚で蒸着、堆積される。金属層１２０としてＡｕが蒸着される場合、Ａｕ（１１１）面の配向性を向上させるため、絶縁基板１１０が４００℃〜５５０℃に加熱される。金属層１２０には、Ａｕのほか、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ等が用いられてもよい。適宜、絶縁基板１１０の種類を選択することで、これらの金属を用いた金属層１２０のエピタキシャル結晶面が得られる。
【００９６】
次いで、絶縁基板１１０上に形成された金属層１２０がパターニングされる。上記のような前駆体の、ハロゲン原子等のＸ基、Ｙ基及びＺ基の脱離、及び脱離後に起こるＣ−Ｃ結合反応は、絶縁基板１１０上では効果的に誘起されない。そのため、金属層１２０がパターニングされ、パターニングされた金属層１２０の位置及び平面形状によって、その上に合成されるＡＧＮＲ又はＡＧＮＲジャンクションの位置及び平面形状が制御される。ＡＧＮＲは、リボン幅の増加に伴って半導体性から金属性へと物性が変化する。ＡＧＮＲをＦＥＴに用いる場合には、ソース及びドレインとなる一対の電極との接続領域は金属性、間のチャネル領域は半導体性、即ち、金属性／半導体性／金属性という物性を示すＡＧＮＲジャンクションが合成されるように、金属層１２０の位置及び平面形状が設計される。例えば、図１１（Ａ）に示すように、幅Ｗ１の一対の幅広領域１２１と、この一対の幅広領域１２１間の、幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２の幅狭領域１２２とを有するように、金属層１２０の位置及び平面形状が設計される。例えば、幅Ｗ１は、５０ｎｍ以上とされ、幅Ｗ２は、１ｎｍ〜５ｎｍとされる。幅狭領域１２２の長さＬは、合成されるＡＧＮＲジャンクションの半導体性領域の長さ、即ち、形成されるＦＥＴのチャネル長を決定する。例えば、長さＬは、１００ｎｍ〜５００ｎｍとされる。
【００９７】
所定の位置及び平面形状に金属層１２０をパターニングする際には、まず、電子線レジスト等のレジスト材料がスピンコート法等により形成され、金属層１２０をエッチングするためのマスクパターンが形成される。これをマスクにして、Ａｒイオンミリング等によりエッチング処理が施され、図１１（Ａ）に示すようなパターンの金属層１２０が形成される。
【００９８】
図１２はＡＧＮＲジャンクション合成工程の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１２−Ｌ１２断面模式図である。また、図１３はＡＧＮＲジャンクションの一例を示す図であって、図１２のＸ部の拡大模式図である。
【００９９】
金属層１２０のパターニング後、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、金属層１２０上にＡＧＮＲジャンクション１３０が合成される。
ＡＧＮＲジャンクション１３０を合成する際には、例えば、上記第２〜第４の実施の形態で述べたのと同様にして、絶縁基板１１０上の金属層１２０の表面清浄処理が行われる。この表面清浄処理により、金属層１２０の表面に付着したレジスト残渣（有機系コンタミ）が除去されるほか、金属層１２０の結晶面の平坦性が高められる。表面清浄処理が施された金属層１２０を大気中に曝すことなく、超高真空の真空槽内で、その金属層１２０上にＡＧＮＲジャンクション１３０がｉｎ−ｓｉｔｕで合成される。
【０１００】
ＡＧＮＲジャンクション１３０の合成には、上記第１の実施の形態（及び第２〜第４の実施の形態）で述べたような、式（２）のような構造を有する前駆体が用いられる。前駆体を金属層１２０上に蒸着する際には、金属層１２０上で前駆体が二次元最密充填構造をとるように、蒸着膜厚が１ＭＬ〜１．５ＭＬとされる。金属層１２０上に蒸着された前駆体に対し、まず、その芳香環のＣ原子に結合したＸ基の脱離温度以上で、且つ、Ｙ基及びＺ基の脱離温度未満の条件で加熱が行われ、Ｘ基の脱離及びＣ−Ｃ結合反応により、前駆体の重合体、即ち、ポリマー鎖が合成される。次いで、Ｙ基の脱離温度以上で、且つ、Ｚ基の脱離温度未満の条件で加熱が行われ、Ｙ基の脱離及びＣ−Ｃ結合反応により、ポリマー鎖の環化、即ち、ＡＧＮＲが合成される。次いで、Ｚ基の脱離温度以上の条件で加熱が行われ、Ｚ基の脱離及びＣ−Ｃ結合反応により、隣接するＡＧＮＲ同士の６員環接合体、即ち、ＡＧＮＲジャンクション１３０が合成される。
【０１０１】
このように、式（２）のような構造を有する前駆体が用いられ、所定の平面形状の金属層１２０上でポリマー鎖、ＡＧＮＲ及びＡＧＮＲジャンクション１３０の合成が行われることで、金属層１２０の平面形状に応じた平面形状を有するＡＧＮＲジャンクション１３０が合成される。即ち、金属層１２０の幅広領域１２１上には、図１２及び図１３に示すような比較的幅広のＡＧＮＲジャンクション部１３１が合成され、金属層１２０の幅狭領域１２２上には、図１２及び図１３に示すような比較的幅狭のＡＧＮＲジャンクション部１３２が合成される。金属層１２０の幅広領域１２１及び幅狭領域１２２を、それぞれ所定の幅Ｗ１及び幅Ｗ２（＜Ｗ１）で形成しておくことで（図１１）、ＡＧＮＲジャンクション部１３１が金属性を示すような幅で合成され、ＡＧＮＲジャンクション部１３２が半導体性を示すような幅で合成される。これにより、一対の金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１と、その間の半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２とを有するＡＧＮＲジャンクション１３０が、金属層１２０上に合成される。
【０１０２】
図１４は電極形成工程の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１４−Ｌ１４断面模式図である。
ＡＧＮＲジャンクション１３０の合成後、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、その両端部の金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１上にそれぞれ、ソース及びドレインとして用いられる電極１４０ａ及び電極１４０ｂが形成される。
【０１０３】
電極１４０ａ及び電極１４０ｂを形成する際には、例えば、電子線リソグラフィ、電極材料の蒸着、及びリフトオフが行われ、ＡＧＮＲジャンクション１３０の両端部の、金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１上に、電極１４０ａ及び電極１４０ｂが形成される。電極１４０ａ及び電極１４０ｂにはそれぞれ、例えば、チタン（Ｔｉ）層とその上に積層されたクロム（Ｃｒ）層とを有する２層構造（Ｃｒ／Ｔｉ）の電極が用いられる。金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１上に電極１４０ａ及び電極１４０ｂが形成されることで、これらの間のコンタクト抵抗の低減が図られる。
【０１０４】
Ｃｒ／Ｔｉの電極１４０ａ及び電極１４０ｂの形成では、まず、電子線リソグラフィにより、２層レジスト等で、電極形成用のレジストパターンが形成され、次いで、Ｔｉ及びＣｒが順次、蒸着法により堆積される。例えば、Ｔｉの膜厚は０．５ｎｍ〜１ｎｍとされ、Ｃｒの膜厚は３０ｎｍ〜５０ｎｍとされる。Ｔｉ及びＣｒの蒸着後、リフトオフにより、レジストパターン並びにその上に堆積されたＴｉ及びＣｒが除去される。これにより、ＡＧＮＲジャンクション１３０の両端部の、金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１上に、電極１４０ａ及び電極１４０ｂが形成される。
【０１０５】
尚、ＡＧＮＲジャンクション１３０の中間部に位置する半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２下の金属層１２０は、後述のように、ウェットエッチングにより除去される。そのため、ここで形成される電極１４０ａ及び電極１４０ｂは、金属層１２０に対して十分なエッチング選択比を有していることが望ましい。金属層１２０にＡｕが用いられ、ウェットエッチングのエッチャントに後述のようなヨウ化カリウム（ＫＩ）水溶液が用いられる場合、ＫＩ水溶液に対して十分なエッチング耐性のあるＣｒ／Ｔｉは、電極１４０ａ及び電極１４０ｂの材料として好適である。
【０１０６】
図１５はゲートスタック構造形成工程の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１５−Ｌ１５断面模式図である。
電極１４０ａ及び電極１４０ｂの形成後、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、ＡＧＮＲジャンクション１３０の中間部に位置する半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２上に、ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０の積層体であるゲートスタック構造が形成される。例えば、上記電極１４０ａ及び電極１４０ｂの形成と同様に、電子線リソグラフィ、絶縁材料及び電極材料の蒸着、及びリフトオフが行われ、ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０のゲートスタック構造が形成される。
【０１０７】
ゲートスタック構造の形成では、まず、電子線リソグラフィにより、２層レジスト等で、ゲートスタック構造形成用のレジストパターンが形成される。例えば、ゲート電極１６０のゲート長は、５０ｎｍに設計される。ここで、ＡＧＮＲジャンクション１３０の中間部に位置する半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２下の金属層１２０は、後述のように、ウェットエッチングにより除去される。そのため、形成されるゲートスタック構造と、電極１４０ａ及び電極１４０ｂとの間に、ウェットエッチングのエッチャントが浸入できる隙間１７０が形成されるように、ゲートスタック構造形成用のレジストパターンが形成される。
【０１０８】
次いで、形成されたレジストパターン上に、ゲート絶縁層１５０の絶縁材料及びゲート電極１６０の電極材料が順次、蒸着法により堆積される。例えば、ゲート絶縁層１５０として、膜厚が５ｎｍ〜１０ｎｍの酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）が堆積される。真空槽内に、酸素（Ｏ2）ガスを導入しながらイットリウム（Ｙ）金属を蒸着することで、Ｙ2Ｏ3が形成される。ゲート絶縁層１５０には、Ｙ2Ｏ3のほか、それと同様のＯ2ガスを導入する蒸着法により、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）等が用いられてもよい。また、ゲート電極１６０としては、電極１４０ａ及び電極１４０ｂと同様の膜厚でＣｒ／Ｔｉが堆積される。
【０１０９】
尚、ゲート絶縁層１５０の絶縁材料及びゲート電極１６０の電極材料は、半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２下の金属層１２０を後述のようにウェットエッチングで除去する際のエッチャントに対して十分なエッチング耐性を有することが望ましい。金属層１２０にＡｕが用いられ、ウェットエッチングのエッチャントに後述のようなＫＩ水溶液が用いられる場合、上記絶縁材料及び電極材料は、ＫＩ水溶液に対して十分なエッチング耐性を有し、ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０の材料として好適である。
【０１１０】
レジストパターン上へのゲート絶縁層１５０の絶縁材料及びゲート電極１６０の電極材料の堆積後、リフトオフにより、レジストパターン並びにその上に堆積された絶縁材料及び電極材料が除去される。これにより、ＡＧＮＲジャンクション１３０の中間部に位置する、半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２上に、電極１４０ａ及び電極１４０ｂから離間して、ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０が形成される。
【０１１１】
図１６はウェットエッチング工程の一例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１６−Ｌ１６断面模式図である。
ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０の形成後、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、ＡＧＮＲジャンクション１３０下の金属層１２０の一部が、ウェットエッチングにより除去される。
【０１１２】
例えば、前述のように、金属層１２０にＡｕが用いられる場合、ウェットエッチングのエッチャントには、ＫＩ水溶液が用いられる。ゲート絶縁層１５０及びゲート電極１６０のゲートスタック構造と、電極１４０ａ及び電極１４０ｂとの間には、隙間１７０が形成されており、この隙間１７０からエッチャントが浸入し、ＡＧＮＲジャンクション１３０下の金属層１２０の一部が除去される。その際は、金属層１２０のうち、少なくとも半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２下の金属層１２０が除去されるように、ウェットエッチングが行われる。このように金属層１２０の一部が除去されることで、ＡＧＮＲジャンクション１３０下に空洞１８０が形成される。
【０１１３】
金属層１２０の除去後は、例えば、純水による洗浄、イソプロピルアルコールによるリンス処理が順次行われる。その後、洗浄及びリンス処理に用いた溶液の表面張力や毛管力によるＡＧＮＲジャンクション１３０の切断を抑えるため、二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを用いた超臨界乾燥処理が行われる。
【０１１４】
以上のような工程を経て、図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すような、一対の電極１４０ａ及び電極１４０ｂとゲート絶縁層１５０によってサスペンデッドされたＡＧＮＲジャンクション１３０を用いたＦＥＴを備える半導体装置１００が得られる。
【０１１５】
この半導体装置１００では、ＡＧＮＲジャンクション１３０における中間部の半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２がチャネルとして用いられ、両端部の金属性のＡＧＮＲジャンクション部１３１にそれぞれ電極１４０ａ及び電極１４０ｂが接続される。ゲート電極１６０の電位が制御されることで、電極１４０ａと電極１４０ｂとの間を繋ぐ半導体性のＡＧＮＲジャンクション部１３２、即ちチャネルのオンオフが制御される。ＡＧＮＲの高いキャリア移動度を活かした、高速、高性能の半導体装置１００が実現される。
【０１１６】
次に、第６の実施の形態について説明する。
ここでは、上記のような前駆体を用いて合成されるＡＧＮＲを、半導体装置に用いる別の例を、第６の実施の形態として説明する。
【０１１７】
図１７は第６の実施の形態に係る半導体装置の第１の例を示す図である。図１７には、半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
図１７に示す半導体装置２００は、トップゲート型ＦＥＴの一例であって、支持基板２１０、ＡＧＮＲジャンクション２２０、電極２３０ａ、電極２３０ｂ、ゲート絶縁層２４０及びゲート電極２５０を有する。
【０１１８】
支持基板２１０には、サファイア等の絶縁性の各種基板、少なくとも表層に無機系又は有機系の絶縁材料が設けられた各種基板が用いられる。このような支持基板２１０上に、ＡＧＮＲジャンクション２２０が設けられる。ＡＧＮＲジャンクション２２０は、式（２）のような構造を有する前駆体を用いて所定の平面形状の金属層上に合成したものを、支持基板２１０上に転写することで、設けられる。
【０１１９】
半導体装置２００では、ＡＧＮＲジャンクション２２０として、両端部に、所定の幅（図示せず）で金属性のＡＧＮＲジャンクション部２２１を有し、それらの中間部に、それらよりも狭い幅（図示せず）で半導体性のＡＧＮＲジャンクション部２２２を有するものが用いられる。両端部の金属性のＡＧＮＲジャンクション部２２１上にそれぞれ、電極２３０ａ及び電極２３０ｂが接続され、中間部の半導体性のＡＧＮＲジャンクション部２２２上に、ゲート絶縁層２４０を介してゲート電極２５０が設けられる。ゲート電極２５０の電位が制御されることで、電極２３０ａと電極２３０ｂとの間を繋ぐ半導体性のＡＧＮＲジャンクション部２２２、即ちチャネルのオンオフが制御される。ＡＧＮＲの高いキャリア移動度を活かした、高速、高性能の半導体装置２００が実現される。
【０１２０】
図１８は第６の実施の形態に係る半導体装置の第２の例を示す図である。図１８には、半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
図１８に示す半導体装置３００は、ボトムゲート型ＦＥＴの一例であって、ゲート電極３１０、ゲート絶縁層３２０、ＡＧＮＲジャンクション３３０、電極３４０ａ及び電極３４０ｂを有する。
【０１２１】
ゲート電極３１０には、導電性を有する基板が用いられ、例えば、所定導電型の不純物元素を添加したシリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板が用いられる。このようなゲート電極３１０上に、ゲート絶縁層３２０が設けられ、ゲート絶縁層３２０上に、ＡＧＮＲジャンクション３３０が設けられる。ＡＧＮＲジャンクション３３０は、式（２）のような構造を有する前駆体を用いて所定の平面形状の金属層上に合成したものを、ゲート絶縁層３２０上に転写することで、設けられる。
【０１２２】
半導体装置３００では、ＡＧＮＲジャンクション３３０として、両端部に、所定の幅（図示せず）で金属性のＡＧＮＲジャンクション部３３１を有し、それらの中間部に、それらよりも狭い幅（図示せず）で半導体性のＡＧＮＲジャンクション部３３２を有するものが用いられる。両端部の金属性のＡＧＮＲジャンクション部３３１上にそれぞれ、電極３４０ａ及び電極３４０ｂが接続される。ゲート電極３１０の電位が制御されることで、電極３４０ａと電極３４０ｂとの間を繋ぐ半導体性のＡＧＮＲジャンクション部３３２、即ちチャネルのオンオフが制御される。ＡＧＮＲの高いキャリア移動度を活かした、高速、高性能の半導体装置３００が実現される。
【０１２３】
また、図１８に示すような半導体装置３００は、ＡＧＮＲジャンクション３３０の、分子吸着時に抵抗が変化する性質を利用し、ＦＥＴ型ガスセンサーとして用いることもできる。ＦＥＴ型ガスセンサーとして用いられる半導体装置３００では、ＡＧＮＲジャンクション３３０にガスが吸着した時の、電極３４０ａと電極３４０ｂとの間に流れる電流と、ゲート電極３１０の電圧との関係の変化が、測定される。ＡＧＮＲジャンクション３３０を用いることで、高感度のＦＥＴ型ガスセンサーが実現される。
【０１２４】
図１９は第６の実施の形態に係る半導体装置の第３の例を示す図である。図１９には、半導体装置の要部断面図を模式的に示している。
図１９に示す半導体装置４００は、ショットキーバリアダイオードの一例であって、支持基板４１０、ＡＧＮＲジャンクション４２０、電極４３０ａ及び電極４３０ｂを有する。
【０１２５】
支持基板４１０には、サファイア等の絶縁性の各種基板、少なくとも表層に無機系又は有機系の絶縁材料が設けられた各種基板が用いられる。このような支持基板４１０の上に、ＡＧＮＲジャンクション４２０が設けられる。ＡＧＮＲジャンクション４２０は、式（２）のような構造を有する前駆体を用いて所定の平面形状の金属層上に合成したものを、支持基板４１０上に転写することで、設けられる。
【０１２６】
ここで、ショットキーバリアダイオードとして用いられる半導体装置４００では、ＡＧＮＲジャンクション４２０として、次のようなものが用いられる。即ち、両端部に、所定の幅（図示せず）で金属性のＡＧＮＲジャンクション部４２１を有し、それらの中間部に、それらよりも狭い幅（図示せず）で、バンドギャップ又は仕事関数の異なる半導体性のＡＧＮＲジャンクション部４２２ａ及びＡＧＮＲジャンクション部４２２ｂを有する、ＡＧＮＲジャンクション４２０が用いられる。
【０１２７】
半導体性のＡＧＮＲジャンクション部４２２ａ及びＡＧＮＲジャンクション部４２２ｂには、例えば、互いの幅を異ならせたものや、互いのエッジ終端基を異ならせたものが用いられる。
【０１２８】
互いの幅を異ならせる場合には、ＡＧＮＲジャンクション部４２２ａが合成される部位と、ＡＧＮＲジャンクション部４２２ｂが合成される部位との幅が異なる金属層上に、式（２）のような前駆体を用いて合成を行う。
【０１２９】
また、互いのエッジ終端基を異ならせる場合には、金属層上の一部に選択的に、第１のＺ基を有する前駆体を用いて合成を行い、それに続けて、金属層上の他部に選択的に、第１のＺ基とは異なる第２のＺ基を有する前駆体を用いて合成を行う。或いは、ＡＧＮＲジャンクションを合成し、その合成されたＡＧＮＲジャンクションの一部のエッジに選択的に第１のＺ基を導入し、要すれば他部のエッジに選択的に第２の基を導入する。このようにして、エッジが異なるＺ基で終端されたＡＧＮＲジャンクション部４２２ａ及びＡＧＮＲジャンクション部４２２ｂを繋げた構造を得る。
【０１３０】
ＡＧＮＲジャンクション４２０には、このような半導体性のＡＧＮＲジャンクション部４２２ａ及びＡＧＮＲジャンクション部４２２ｂと共に、両端部に金属性のＡＧＮＲジャンクション部４２１が設けられる。両端部の金属性のＡＧＮＲジャンクション部４２１上にそれぞれ、電極４３０ａ及び電極４３０ｂが接続される。一方の電極４３０ａには、一方のＡＧＮＲジャンクション部４２１とショットキー接続される材料（Ｃｒ等）が用いられ、他方の電極４３０ｂには、他方のＡＧＮＲジャンクション部４２１とオーミック接続される材料（Ｔｉ等）が用いられる。
【０１３１】
上記構成を有する半導体装置４００によれば、優れたダイオード特性を有するショットキーバリアダイオードが実現される。
尚、半導体性のＡＧＮＲジャンクション部２２２，３３２，４２２ａ，４２２ｂは、それらに対するドーピング機能を有する材料、例えば、いわゆる自己組織化単分子膜（Self-Assembled Monolayer；ＳＡＭ）上に設けられてもよい。
【０１３２】
次に、第７の実施の形態について説明する。
上記第５及び第６の実施の形態で述べたような半導体装置１００，２００，３００，４００等は、各種電子装置（又は電子機器）に搭載することができる。例えば、コンピュータ（パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等）、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子装置に用いることができる。
【０１３３】
図２０は電子装置について説明する図である。図２０には、電子装置の一例を模式的に示している。
図２０に示すように、例えば、上記図１６に示したような半導体装置１００が、各種電子装置５００に搭載（内蔵）される。上記のように半導体装置１００は、ＡＧＮＲジャンクション１３０の高いキャリア移動度を活かした、高速、高性能のＦＥＴを備える。このような半導体装置１００を搭載した、高速、高性能の電子装置５００が実現される。
【０１３４】
ここでは、上記図１６に示したような半導体装置１００を例にしたが、他の半導体装置２００，３００，４００等も同様に、各種電子装置に搭載することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  前駆体
１１，１２，１３  化合物
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  ポリマー鎖
３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ  ７−ＡＧＮＲ
３０ｃ，３１ｃ，３２ｃ  １１−ＡＧＮＲ
４０ａ，４０ｂ  ７−ＡＧＮＲジャンクション
４０ｃ  １１−ＡＧＮＲジャンクション
１００，２００，３００，４００  半導体装置
１１０  絶縁基板
１２０  金属層
１２１  幅広領域
１２２  幅狭領域
１３０，２２０，３３０，４２０  ＡＧＮＲジャンクション
１３１，１３２，２２１，２２２，３３１，３３２，４２１，４２２ａ，４２２ｂ  ＡＧＮＲジャンクション部
１４０ａ，１４０ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，３４０ａ，３４０ｂ，４３０ａ，４３０ｂ  電極
１５０，２４０，３２０  ゲート絶縁層
１６０，２５０，３１０  ゲート電極
１７０  隙間
１８０  空洞
２１０，４１０  支持基板
５００  電子装置
Ｐ  リボン長方向
Ｑ  リボン幅方向
Ｗ１，Ｗ２  幅
Ｌ  長さ
【図１】
2019048791.tif 000016
【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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【図７】
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【図８】
2019048791.tif 000023
【図９】
2019048791.tif 000024
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2019048791.tif 000028
【図１４】
2019048791.tif 000029
【図１５】
2019048791.tif 000030
【図１６】
2019048791.tif 000031
【図１７】
2019048791.tif 000032
【図１８】
2019048791.tif 000033
【図１９】
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【図２０】
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