(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブのような媒体上に有機分子を分子配置制御することなく製造できる有機分子トランジスタの構造を提供すること。【解決手段】カーボンナノチューブ２０が担持できる開口部を有するグリッド１０と、グリッド１０と対向して設けられる格子状電極１２と、グリッド１０と格子状電極１２との間に形成された平行空間に位置すると共に、グリッド１０と格子状電極１２に形成された開口部よりも長い長さを有するカーボンナノチューブ２０と、カーボンナノチューブ２０の集合体に形成された隙間に保持される電子励起性材料２２と、電子励起性材料２２と容量結合する状態で位置するゲート電極と１４を備える。カーボンナノチューブ２０と電子励起性材料２２は分子配置制御されていない状態である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブが担持できる開口部を有するグリッドと、
前記グリッドと対向して設けられる格子状電極と、
前記グリッドと前記格子状電極との間に形成された平行空間に位置すると共に、前記グリッドと前記格子状電極に形成された開口部よりも長い長さを有する前記カーボンナノチューブと、
当該カーボンナノチューブの集合体に形成された隙間に保持される電子励起性材料と、
前記平行空間と近接すると共に、前記電子励起性材料と容量結合する状態で位置するゲート電極とを備え、
前記カーボンナノチューブと前記電子励起性材料は分子配置制御されていない状態で配置されることを特徴とする有機分子トランジスタ。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブには親水性官能基が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機分子トランジスタ。
【請求項３】
前記電子励起性材料は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６、ポルフィリン分子及びその誘導体、電子励起性を有する導電性材料の何れか１種類又はこれらの２以上の組合せを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機分子トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート電極は、前記グリッドと前記格子状電極によって遮られない角度で、前記平行空間の厚み方向と対向することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の有機分子トランジスタ。
【請求項５】
前記ゲート電極には、ゲート電圧として前記電子励起性材料のＨＯＭＯ-ＬＵＭＯギャップ電圧よりも高い電圧が供給されると共に、前記電子励起性材料との容量結合に起因する共振周波数のスイッチング制御信号が送られることで、スイッチング動作を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の有機分子トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号の増幅等に用いられるトランジスタに関し、特に有機分子を用いた有機分子トランジスタにおいて個別の有機分子を同期させて駆動させる有機分子トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
有機分子などの励起体が媒体上に３次元に配列している試料では、分子を担持する媒体により配列の仕方は分子ごとにすべて異なることにより、個々の分子の振動ダイポールモーメントへの電磁場環境の影響はすべて異なり、励起の仕方が異なる。そこで、個別の有機分子の総和をトランジスタとして動作させる場合には、個別の有機分子を分子配置制御することで、各有機分子トランジスタの動作を同期させて、有機分子体の全体としてトランジスタとして動作させていた。
【０００３】
即ち、非特許文献１では、分子の励起が隣接した分子間で効率よく伝達するためには、周囲の電磁場環境の揺らぎが貢献していることを理論的に明らかにした。また、特許文献１では、第１の電極と第２の電極との間に光電変換層を設けた有機光電変換素子を提案している。このような光電変換層は、個別の有機分子を分子配置制御したものである。ここで、分子配置制御とは、カーボンナノチューブのような線状の媒体上に有機分子を担持する場合には、有機分子の方向性を揃えたり線状体の間隔を揃えることをいう。
【０００４】
しかし、有機分子として、例えばカーボンナノチューブを担持する基板として用いる場合には、分子配置制御しないことによって、本来の有機分子素子としての特性が発揮されるため、分子配置制御しないで、有機分子トランジスタのような機能性素子として動作させることが望まれている分野もある。
この場合、個々の分子の励起を個別かつ同時に検出することが、機能性素子の設計や製造に必要とされている。しかし、このような、検出方法は存在しないため、有機分子トランジスタのような複雑多様な励起パターンを多次元にわたり認識して識別する技術は存在しなかった。
そこで、有機分子を分子配置制御して機能性素子としていたため、製造上の分子配置管理が負担となり、製造歩留まりが高まり難く、また素子の特性も安定しないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４３９１１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S.M. Vlaming and R.J. Silbey, Journal of Chemical Physics, 136, 055102-1-10 (2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、カーボンナノチューブ上に有機分子を分子配置制御することなく製造できる有機分子トランジスタの構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有機分子トランジスタは、例えば図１に示すように、カーボンナノチューブ２０が担持できる開口部を有するグリッド１０と、グリッド１０と対向して設けられる格子状電極１２と、グリッド１０と格子状電極１２との間に形成された平行空間に位置すると共に、グリッド１０と格子状電極１２に形成された開口部よりも長い長さを有するカーボンナノチューブ２０と、カーボンナノチューブ２０の集合体に形成された隙間に保持される電子励起性材料２２と、前記平行空間と近接すると共に、電子励起性材料２２と容量結合する状態で位置するゲート電極１４とを備えると共に、カーボンナノチューブ２０と電子励起性材料２２は分子配置制御されていない状態であることを特徴とする。
【０００９】
このように構成された装置においては、カーボンナノチューブ２０は導電性を有しており、格子状電極１２と接触状態を保持している。ゲート電極１４に対して、電子励起性材料２２との容量結合に起因する共振周波数の駆動信号を用いたスイッチング制御信号を送る。すると、このスイッチング制御信号により電子励起性材料２２の電子が励起され、カーボンナノチューブ２０を介して格子状電極１２に電流が流れる。このようにして、本発明の有機分子トランジスタは、オンオフのスイッチング動作を行い、トランジスタとしての動作を行う。
【００１０】
本発明の有機分子トランジスタにおいて、好ましくは、カーボンナノチューブには親水性官能基が取り付けられているとよい。
本発明の有機分子トランジスタにおいて、好ましくは、電子励起性材料２２は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６、ポルフィリン分子及びその誘導体、電子励起性を有する導電性材料の何れか１種類又はこれらの２以上の組合せを含むとよい。
【００１１】
本発明の有機分子トランジスタにおいて、好ましくは、ゲート電極１４は、グリッド１０と格子状電極１２によって遮られない角度で、前記平行空間の厚み方向と対向するとよい。これによって、ゲート電極１４は電子励起性材料２２と容量結合する状態となる。
【００１２】
本発明の有機分子トランジスタにおいて、好ましくは、ゲート電極１４には、ゲート電圧として電子励起性材料２２のＨＯＭＯ-ＬＵＭＯギャップ電圧よりも高い電圧が供給されると共に、電子励起性材料２２との容量結合に起因する共振周波数のスイッチング制御信号が送られることで、スイッチング動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す有機分子トランジスタの構成図である。
【図２】図２は、本発明の有機分子トランジスタの等価回路図である。
【図３】図３は、本発明の有機分子トランジスタの測定回路の構成図である。
【図４】図４は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子及びカーボンナノチューブのマクロ電極間電流-電圧特性である。
【図５】図５は、入力電圧５Ｖ固定、周波数０−２５０ｋＨｚ掃引した時の出力電圧（上図）と出力位相（下図）のスペクトルである。
【図６】図６は、図５に対応する３Ｄプロット図で、（Ａ）は振幅、（Ｂ）は位相を示してある。
【図７】図７は、グリッド上に担持されたカーボンナノチューブ暗視野像である（スケール５０μｍ）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書において、『振動ダイポールモーメント』は、周囲の電磁場変化を発生する元になる分子などの内部での電気の偏りをいう。
『トンネル電子注入』は、分子などの中にトンネルバリアーの高さより低いエネルギーで電子を注入する手法をいう。
『電磁エネルギー散逸』は、分子などの内部エネルギーが電磁エネルギ−として失われる現象をいう。
【００１５】
『励起伝送』は、分子などの内部エネルギーが高い状態がほかの分子に伝送する現象をいう。
『トンネル二重接合』は、中間電極を外部電極の間に挿入しトンネルバリアーが二重にできた構造をいう。
『局所環境』は、分子などの１ナノメートルほどの物体の周囲の電磁状態を表す物理状態をいう。
【００１６】
『誘導体』は、元の分子の構造から操作によって構築される類似構造をいう。
『電磁場環境』は、注目する分子にとって周囲の電磁場の異同を示す物理量であり、これにより分子の励起の仕方が異なる。
『ＨＯＭＯ』は、分子の最高占有軌道をいう。
【００１７】
『ＬＵＭＯ』は、分子の最低非占有軌道をいう。本発明の有機分子トランジスタは、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップの値で効率的に励起される。
『カオス』は、非線形性を持つ系において発現する複雑現象をいう。わずかな初期値の変化によって最終的な収束値がまったく異なるという特徴を持つ。
【００１８】
以下、図面を用いて本発明を説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す有機分子トランジスタの構成図である。図において、グリッド１０と格子状電極１２との間に位置するカーボンナノチューブ２０とＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２の分布状態と、制御するためのゲート電極１４の配置状態を示している。ここでは、グリッド１０と格子状電極１２の間にカーボンナノチューブ２０に担持されたＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２を不均一な状態に配列してある。
【００１９】
グリッド１０の寸法は、カーボンナノチューブ２０を担持できれば特に制限はないが、通常グリッド１０は厚さ１０ｎｍから１０μｍ、ピッチ１２０ｎｍから１２０μｍ、バーの幅５０ｎｍから５０μｍ、穴の幅７０ｎｍから７０μｍ、好ましくは、グリッド１０は厚さ１μｍ、ピッチ１２μｍ、バーの幅５μｍ、穴の幅７μｍである。材質は導電性であれば特に問わないが、好ましくは銅製である。ここで、バーとはグリッドに形成された矩形の穴と穴との間に位置する仕切りを形成する部位である。
【００２０】
格子状電極１２の寸法は、カーボンナノチューブ２０を担持できれば特に制限はないが、通常格子状電極１２は厚さ５０ｎｍから５０μｍ、ピッチ５００ｎｍから５００μｍ、バーの幅３５０ｎｍから３５０μｍ、穴の幅1５０ｎｍから1５００μｍ、好ましくは、格子状電極１２は厚さ５０ｎｍ、ピッチ５００ｎｍ、バーの幅３５０ｎｍ、穴の幅１５０ｎｍである。材質は導電性であれば特に問わないが、好ましくは金製である。
【００２１】
ゲート電極１４の大きさ及びＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２との距離は容量性結合をすれば特に制限はないが、通常大きさは直径１ｍｍから１０ｍｍ、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２との距離は１μｍから１００ｍｍ、好ましくは大きさは直径１ｍｍ、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２との距離は１０ｍｍである。
【００２２】
カーボンナノチューブ２０の長さに制限はないが、上記電極の穴の幅よりも長くなければ、電極に担持されないことの制限より、１０μｍ以上であることが好ましい。
Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２と親水性官能基であるスルホン酸誘導体を取り付けたカーボンナノチューブ２０を純水にいれ超音波を３０分間印加することにより、両者をよく混合し、その後グリッド１０上に滴下し、溶媒である水を蒸発させる。また、カーボンナノチューブ２０に親水性官能基が取り付けてない場合には、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２とカーボンナノチューブ２０をエタノール中にいれ同様の操作を行うことで同様に試料を作製できる。両者の重量比は複雑性を発現できれば良いので問わないが、好ましくは１：１である。
通常カーボンナノチューブ２０を分散させる溶媒としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）またはジメチルフォルムアミド（ＤＭＦ）を用いるが、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２もよく分散させる性質を持っていることが必要である。
【００２３】
以上の操作により、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２がカーボンナノチューブ２０間に担持されることにより、カーボンナノチューブ２０をミクロ電極とし、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２を中間電極とするトンネル二重接合を形成する。Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２とカーボンナノチューブ２０により形成される試料の厚さは、トンネル二重接合を形成していれば良いので、最小はカーボンナノチューブ２０２本の間にＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２が担持されていれば良い。
【００２４】
しかし、本トランジスタは、トンネル二重接合が各々の特性が異なるものが多数存在することにより、より適切に特性が発揮されるために、基本的には、トンネル二重接合がより多く存在する方が好ましい。一方、あまり多すぎると二つの電極間の電流が小さくなり、従って出力電圧が小さくなるために、本トランジスタでは、電極間の電流値が所定値、例えば３０μＡとなるように試料の厚さを調整してある。
【００２５】
このように構成された装置において、等価回路図と有機分子トランジスタの全体としての特性を測定するシステムを説明する。図２は本発明の有機分子トランジスタの等価回路図である。図中、四角の中に×印の記号はトンネル接合３０を示し、〇の中に↑の記号は定電流源３２を示し、〇の中に波型の印は高周波駆動電源３４を示している。黒丸印はＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２を示す。Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２の一個ごとにトンネル二重接合３０が形成されている。ここでは、図示の簡略化のために、二つの並列なトンネル接合３０を示しているが、実際の試料ではほぼ無数の並列回路となっている。ゲート電極１４と容量性結合したＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２との間の静電容量をＣ１、Ｃ２で示した。一般にゲート電極１４と各々のＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２との間の静電容量は全て異なるので、一般に静電容量をＣｎと表す。
【００２６】
図３は、本発明の有機分子トランジスタの測定回路の構成図である。制御コンピュータ４０により、定電流源３２とロックインアンプ４２に対する指示信号と測定信号とを管理している。ロックインアンプ４２は、外部から与えられた高周波信号を参照信号として入力し、この参照信号と等しい周波数成分の検出を行なう。ロックインアンプでは、測定信号に含まれる各種の信号のうち、参照信号周波数と等しい成分のみが直流となり、ＬＰＦを通過できるものの、他の成分は周波数≠０Ｈｚの交流信号に変換されるのでＬＰＦで除去される。このようにして、ロックインアンプではノイズが除去された信号成分が抽出できるため、ノイズの大きな信号に用いて好適である。試料１６は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子２２とカーボンナノチューブ２０を含んで構成されるもので、適宜の溶媒を含んでいる。
【００２７】
このように構成された測定システムにおいて、有機分子トランジスタの電気的特性の測定は次のように行われる。
まず、図１に示すように、グリッド１０と格子状電極１２の間の外側にゲード電極１４を配置する。次に、図２に示すように、ゲード電極１４にバイアス電圧を印加することにより、カーボンナノチューブ２０をミクロな電極として各々のＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２にゲート電圧５Ｖを印加し制御する（この構造を複雑系有機分子トランジスタと称する）。
【００２８】
次に、図３に示すような測定回路において、定電流源３２を用いて、グリッド１０と格子状電極１２の間に０．２５Ｖ、３０μＡの定電流を印加して、有機分子トランジスタを制御する。これによりＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２にトンネル電子を注入する。一方制御用ゲートバイアスとしてロックインアンプ４２の高周波出力電圧(Amplitude V)をＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２に容量性結合してある。従って、本実施形態の有機分子トランジスタを用いたデバイスは定電流印加状態において、高周波のゲート電圧で制御する構造である。デバイスの一端から制御された出力電圧(Voltage magnitude R)及び位相(Voltage phase θ)を読み出す構造となっている。
【００２９】
続いて、このような測定回路により測定された、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子及びカーボンナノチューブのマクロ電極間電流-電圧特性を説明する。
図４は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子及びカーボンナノチューブのマクロ電極間電流-電圧特性である。図１に示すような、試料のグリッド１０と格子状電極１２間の電流電圧特性を測定すると、図４に示すように非線形特性を示した。また、図４は印加電圧を複数回印加した時の特性を記録したものであるが、各印加毎にわずかずつ異なる特性を示す。これは励起の仕方が印加毎に異なることを示す。
【００３０】
次に、ロックインアンプ４２の高周波印加電圧を５Ｖに固定し、周波数を０から２５０ｋＨｚまで掃引し、デバイス出力端において出力電圧及び位相の周波数依存性を測定した。図５は、入力電圧５Ｖ固定、周波数０−２５０ｋＨｚ掃引した時の出力電圧（上図）と出力位相（下図）のスペクトルである。なお、全ての測定において、ロックインアンプ４２の時定数を１秒、測定点数を２０００点、各測定点の間隔を５００ｍ秒とした。図５上図に示すように、出力電圧は61,906Ｈｚにおいて高い出力電圧を示した。この事実は、本デバイスにアボガドロ数オーダーほど挿入されているＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２が、各々の分子の周囲の電磁場環境が異るにもかかわらず、この周波数において同時応答をした（共振現象）ことを示す。なお、図５下図に示すようにこの周波数において、位相には大きな変化が見られなかった。
【００３１】
続いて、ロックインアンプ４２の印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を共振周波数61,906Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。この測定を行う目的は、図５で得られた特性が掃引周波数を掃引した時のみに見られるものか、それとも周波数を固定した場合にも見られるかを明らかにするものである。測定結果によると、出力電圧は０(５．１ｘ１０−２１) から４．５ｘ１０−５［Ｖ］の間で激しく振動した。また出力位相も激しく-π（−１８０°）と+π（１８０°）の間で振動した。位相の振動は出力電圧が小さい時に頻繁に見られる現象である。なお出力電圧が１．５ｘ１０−５［Ｖ］程度の大きさの時には、位相はおよそθ=９０°(π／２)の比較的安定した値を示した。
【００３２】
次に、掃引周波数を共振周波数61,906Ｈｚに固定し、印加電圧を０から５［Ｖ］の間で掃引し、出力電圧と出力位相の依存性を測定した。この測定を行う目的は、図５で得られた特性が周波数を掃引した時のみに見られるものか、それとも印加電圧を掃引した場合にも見られるかを明らかにするものである。すると、測定時間の経過と共に、出力電圧はほぼ単調増加を示し、下図に示すように出力電圧が小さい間（およそ１．２［Ｖ］までの間）は、位相が激しく振動するが、その後はおよそθ=９０°(π／２)で安定した値を示した。ここでも出力電圧が小さい間の位相不安定性が現れた。
【００３３】
次に、高周波印加電圧を５Ｖに固定し、周波数を０から２５０ｋＨｚまで掃引し、デバイス出力端において出力電圧及び位相の周波数依存性を測定した。すると、出力電圧は59,530Ｈｚにおいて高い出力電圧を示した。図５の測定と同じセットアップを用いたにもかかわらず、共振周波数は僅かに異なる。
次に、印加電圧を５Ｖに固定し、掃引周波数を共振周波数59,530Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。ここでは、出力電圧及び位相ともに、ある所定時間が経過するまでは振動したが、当該所定時間以降は収束した。
【００３４】
次に、掃引周波数を共振周波数250,000Ｈｚ（ロックインアンプ４２の最高掃引周波数）に固定し、印加電圧を０から５［Ｖ］の間で掃引し、出力電圧と出力位相の依存性を測定した。その結果出力電圧は短調に増加した。また出力電圧が小さな範囲では、出力位相も激しく-πと+πの間で振動した。位相の振動は出力電圧が小さい時に頻繁に見られる現象である。
次に、高周波印加電圧を５Ｖに固定し周波数を０から２５０ｋＨｚまで掃引し、デバイス出力端において出力電圧及び位相の周波数依存性を測定した。すると、出力電圧は第１の共振周波数33,892Ｈｚ及び第２の共振周波数79,164Ｈｚにおいて高い出力電圧を示した。図５の測定と同じセットアップを用いたにもかかわらず、共振周波数は大きく異なる。
【００３５】
次に、印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を第１の共振周波数33,892Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。ここでは第１の所定時間経過後から第２の所定時間経過迄の間で、比較的出力電圧及び位相ともに振動する。このとき制御コンピュータ４０の制御プログラムでは『周波数を掃引する』と設定した。
【００３６】
次に、印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を第１の共振周波数33,892Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。ここでは測定時間の概ね全てに渡り振動傾向が見られた。このとき制御コンピュータ４０の制御プログラムでは『印加電圧を掃引する』と設定した。このように実質は印加電圧も周波数も変化しないように測定開始及び終了時に同じ値に設定しているが、印加電圧掃引及び周波数掃引で結果に違いが見られた原因については明らかになっていない。
【００３７】
次に、印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を非共振周波数30,892Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。この時は第３の所定時間において出力電圧の急激な増加及び位相の収れんが見られた。このとき制御コンピュータ４０の制御プログラムでは『周波数を掃引する』と設定した。
【００３８】
次に、印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を上述の測定条件で２個の共振周波数が得られた事例における、第２の共振周波数79,164Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。この時も概ね測定時間の範囲内で振動が見られた。このとき制御コンピュータ４０の制御プログラムでは『周波数を掃引する』と設定した。
【００３９】
次に、印加電圧を５Ｖ、掃引周波数を第２の共振周波数79,164Ｈｚに固定し、出力電圧及び出力位相の時間変化を測定した。この時は第４の所定時間経過後から第５の所定時間経過迄の間で激しく振動したが、この範囲を除けば概ね上述の『周波数を掃引する』モードの測定結果と同じである。このとき制御コンピュータ４０の制御プログラムでは『印加電圧を掃引する』と設定した。
以上の測定において出力電圧は１０−５［Ｖ］のオーダーであり、十分にノイズレベルよりも高く、その測定における差は有意な結果である。
【００４０】
次に、以上で示した測定結果がノイズであるか数学的な構造が見られるかを解析した。図６は、図５に対応する３Ｄプロット図で、（Ａ）は振幅、（Ｂ）は位相を示してある。ここで、３Ｄプロットは、すべての測定点(n, n+1,n+2)を(x,y,z)３次元で表示している。なお各点表示は(n,n+1,n+2)、(n+1,n+2,n+3)、…の方法で行った。測定点集合構造の全体像を示し、またできるだけ細部が明らかになるように各々スケールを変えて表示してあり、３軸の長さによって倍率はおおよそ比較可能である。軸の長さが長いほど拡大率が大きい。また、各点の濃度は次のように表示の区別をしてある。濃い表示は測定の開始当初、淡い表示は測定の終了に近い場合である。これにより、３Ｄプロットからおおよその時間発展も読み取ることができる。
【００４１】
また、この３Ｄプロットによれば、掃引電圧及び周波数を固定した場合のほうが、周波数掃引及び電圧掃引に比べて、３Ｄプロットに明確な構造が現れている。
他方で、数学的には、データがノイズであれば、３Ｄプロットには何の構造も現れない。従って、上記の結果は、構造を示すプロットはデータがノイズではないことを示す。これらの構造の起因するものは次のように考えることができる。
【００４２】
即ち、上記の３次元プロットの分布に対しては、分子の電磁場環境により分子励起の仕方が変化するという原理が存在する。そこで、分子の励起状態は、カーボンナノチューブ２０に担持されたＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２の担持され方及びカーボンナノチューブ２０の空間での分布の仕方によって異なる。したがって、カーボンナノチューブ２０及びＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２の試料の作製方法により、すべて異なる励起分布となる。このように多数の分子を用いてデバイスを作製したときに、個々の分子の励起は全て異なっている。しかしデバイス全体としてその特性を見たときに、個々の分子の励起の異なる状態は単なるランダムな状態ではない。
このように、出力電圧及び位相点(n, n+1, n+2)各々を３次元プロットし可視化することにより、出力がゲート電極で制御されているが確認された。
【００４３】
そこで、上記の実施例で示した励起分布と同じ分布を示すものは他に一つとしてなく、各々の分子がきわめてユニークな励起パターンを持つデバイスとなる。各分子が異なる状態にあることをカーボンナノチューブ２０の分布の多様さを例として示す。
【００４４】
図７は、グリッド上に担持されたカーボンナノチューブ暗視野像である（スケール５０μｍ）。図７において、カーボンナノチューブ２０の空間での分布の仕方が不均一な様子を、電子顕微鏡写真を用いて示される。
この図からわかるようにミクロなレベルにおいてカーボンナノチューブ２０は場所ごとにすべて異なる分布をしていることが明らかである。これが電磁場環境の変化をもたらす原因となっている。なお、電子顕微鏡では分解能などの理由からＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２は映像としては示されていないが、これらカーボンナノチューブ２０にＣｏｕｍａｒｉｎ６分子２２が担持されていることは、別途レーザー励起による発光で確認している。
【００４５】
以上説明したように、本発明の有機分子トランジスタによれば、多数有機分子を用いて電子機器に用いられる各種の電子部品に利用することが可能である。すなわち、各々の分子は各々の電磁場環境により励起されるために、個々の分子の励起を外部から制御することは不可能である。しかし、デバイス総体としてみた時、分子の総和として外部制御信号に応答するならば、マクロな制御が可能となる。
【００４６】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、当業者によれば下記に説明するような各種の変形実施例が可能である。
（ｉ）  格子状電極の下に保持する電子励起性材料は、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６、ポルフィリン分子及びその誘導体も含め有機分子とは限らず導電性材料も可能である。材料が電子励起されるものであれば普遍的に本技術が適用可能である。
（ｉｉ）  カーボンナノチューブも、本発明の実施例で用いたスルホン酸誘導体を取り付けたものに限らず、分子と適切に結合するものであればほかの官能基がついたカーボンナノチューブでも同様に機能する。
（ｉｉｉ）  格子状電極は本発明の実施例に示したサイズに限らない。格子のピッチがカーボンナノチューブの長さ以下であればよい。
【００４７】
（ｉｖ）  グリッドも開口部の存在するものであれば、上記（ｉｉｉ）の条件を満たせば同様に機能する。また酸化インジウムすずの基板であっても電気伝導度があるので同様に機能する。
（ｖ）  格子状電極とグリッドの間に印加する電圧電流は０．２５Ｖ, ３０μＡに限定されるものではなく、適宜の値を選択できる。
（ｖｉ）  ゲート電圧は電子励起性材料（Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子）のＨＯＭＯ-ＬＵＭＯギャップの値（およそ４Ｖ）以上であれば電圧は限定されない。
【００４８】
（ｖｉｉ）  測定結果の解析において３次元プロットの分布の場合を示したが、４以上の多次元プロットの分布表示でもよい。多次元表示する次元は、視覚的には３次元までしか人間は追随できないが、数学的には一般にｎ次元、ｎは４以上の任意の数が可能である。
（ｖｉｉｉ）  測定結果の解析において３次元プロットの分布において、各点表示は(n,n+1,n+2)、(n+1,n+2,n+3) 、…の方法に限定されるものではなく、 (n,n+1,n+2)、(n+2,n+3,n+4)、…など他に数学的構造が明らかになる方法を取りうる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明の有機分子トランジスタによれば、多数の有機分子を用いて製造されると共に、電子機器に用いられる各種の電子部品に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０  グリッド
１２  格子状電極
１４  ゲート電極
１６  試料
２０  カーボンナノチューブ
２２  Ｃｏｕｍａｒｉｎ６分子（電子励起性材料）
３０  トンネル二重接合
３２  定電流源
３４  高周波駆動電源
４０  制御コンピュータ
４２  ロックインアンプ
【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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【図７】
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