(57)【要約】      （修正有）【課題】  信号が室温で特定電界でのみ応答するナノメートルスケール電界効果素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板に設けられ、ナノメートルスケールで作成されたソース電極、ゲート電極、ドレイン電極からなる電界効果素子において、ソース電極とドレイン電極間を結ぶ半導体基板上の空間を、一般式HOOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるカルボキシチオールと金属の化合物である金属チオレートを積層して作製した膜で被覆したナノメートルスケール電界効果素子及びその製造方法。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に設けられ、ナノメートルスケールで作成されたソース電極、ゲート電極、ドレイン電極からなる電界効果素子において、ソース電極とドレイン電極間を結ぶ半導体基板上の空間を、一般式HOOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるカルボキシチオールと金属によってできる化合物である金属チオレートを積層して作製した膜で被覆したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項２】
金属イオンが、金、銀、銅、鈴、ニッケルから選ばれる１種である請求項１に記載したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項３】
積層が自己組織化膜形成により行われる請求項１又は請求項２に記載したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項４】
ゲート電極が、半導体基板の裏面にあるバックゲート型である請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項５】
ゲート電極が、半導体基板の表面にあるトップゲート型である請求項１ないし請求項３のいずれかひとつに記載したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項６】
半導体基板が、シリコンである請求項１ないし４のいずれかひとつに記載したナノメートルスケール電界効果素子。
【請求項７】
ナノメートル間隔を持つナノ電極が形成されたシリコン酸化膜付きシリコン基板を、一般式HOOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるカルボキシチオールのアルコール溶液中に浸漬して２〜７２時間放置し、次いで、有機金属塩のアルコール溶液に当該シリコン基板を浸漬して１〜３０分放置し、乾燥後、このプロセスを複数回繰り返すことを特徴とするナノメートルスケール電界効果素子の製造方法。
【請求項８】
ナノ電極が金であり、アルコールがエタノールであり、有機酸が酢酸である請求項７に記載したナノメートルスケール電界効果素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果素子、特にナノスケールの電界効果素子に関する技術を提供する。
より詳しくは、絶縁性分子多層膜（チオール・金属イオン交互積層膜）をチャンネルにしたナノスケールの電界効果素子を提供する。
【背景技術】
【０００２】
単一分子を利用した分子電子素子が作られているが、現在は特性が４K以下の極低温で測定されており、これまでのシリコンなどの素子のようなゲート電圧に対する素直な依存性は見られず、クーロンブロッケードなどに由来する振動的な挙動、すなわち特定のゲート電圧のみで大きな電界効果による電流が観察され、そのゲート電圧が周期的であるということが知られている。このために室温では、熱的な電子の振動などのためにこの振動が見られなくなり、有機分子を用いるナノスケールの電界効果素子では、ゲート電圧に対する電界効果のバラツキが大きいことが知られている（非特許文献１）。
この室温での不安定性のために分子で電子回路網を作成した場合に、電気信号を増幅する機能を付加できない。このために実用にまで至っていない。３端子構造の電界効果素子の試作例も報告されているが（非特許文献２参照）、信号の再現性が悪く、さらに、分子集合体を有効に化学結合で電極と結合させることが出来なかった。
有機分子と微粒子を組み合わせた系においてはこの問題が解決され室温での単一電子素子が既に報告されているが、（特許文献１参照）この場合、試薬として大気中で扱いにくいシラン系化合物を用いており、試薬の扱いに難点があった。また、多層の分子膜については、カルボキシチオールと銅イオンを用いて金属チオレートの多層の分子膜を形成する方法が報告されている (非特許文献2参照）。
【非特許文献１】ParkなどNature 417(2002)722.
【非特許文献２】S.D. Evans et al. J. Am. Chem. Soc. 113(1991)5866
【特許文献１】特開２０００−３４９２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、３端子構造の電界効果素子を作成するに際して、ナノメートルスケール間隔を有する電極上に、本発明では室温、大気中で扱いやすい単純な有機硫黄化合物であるカルボキシチオールと金属イオンの化合物（金属チオレート）を用いて、この試薬を電極間に確実に分子を吸着させて、ソース、ドレイン間を流れるナノ電極を流れる電流が特定のゲート電圧でのみ動作する電界効果素子を見出し、本発明を完成させるに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、一般式
H OOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるチオール、と金、銀、銅、鈴、ニッケルなどの金属との化合物である金属チオレートを用いてソース、ドレイン間を流れる電流が特定のゲート電圧でのみ動作する電界効果素子を得る。  すなわち、
半導体基板に設けられ、ナノメートルスケールで作成されたソース電極、ゲート電極、ドレイン電極からなる電界効果素子において、ソース電極とドレイン電極間を結ぶ半導体基板上の空間を、一般式HOOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるカルボキシチオールと金属の化合物である金属チオレートを積層して作製した膜で被覆したナノメートルスケール電界効果素子に関する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によりソース、ドレイン間を流れる電流が特定のゲート電圧でのみ動作する電界効果素子を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明において用いる金属チオレートの金属イオンとしては、従来から自己組織化多層分子膜用のイオンとして用いられている金属なら何でも良いが、代表的には金、銀、銅、鈴、ニッケルから選ばれる１種を挙げることができる。
【０００７】
本発明において用いるチオールは、HOOC（ＣＨ２）ｎＳＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるカルボキシチオールであるが、ｎが３以下では、又はｎが３０以上では、効果が得られない。代表的には、メルカプトテトラデカン酸（HOOC(CH2)15  SH）を挙げることができる。
【０００８】
また、本発明に、周知のタイプの電界効果素子において、本発明を実施することが出来る。すなわち、ゲート電極が、半導体基板の裏面にあるバックゲート型であるナノメートルスケール電界効果素子及びゲート電極が、半導体基板の表面にあるトップゲート型であるナノメートルスケール電界効果素子において本発明を実施することが出来る。
【０００９】
さらに、本発明は、どのような半導体基板でも利用することが出来るが、とくに半導体基板が、シリコンであることが望ましい。通常、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極は、シリコン半導体の表面に薄いシリコン酸化物（絶縁体）を作成し、これを介してこれらの電極が設けられている。
【００１０】
本発明の電界効果素子の典型的な製造方法は、図１に示すような金で作成したソースとドレインの電極を有する電界効果素子を、金で作成したソースとドレインの電極間に、(1)一般式ＨＳ−（ＣＨ２）ｎ−ＣＯＯＨ（式中、ｎは３〜３０の整数である。）で表わされるメルカプトカルボン酸のアルコール溶液に浸漬し２〜７２時間放置し、続いて、(2) 一般式Ｃｕ−（ＣＯＯＨ）２で表わされるカルボン酸銅のアルコール溶液に１〜３０分浸漬し、さらに、(1),(2)のプロセスを交互に繰り返すことで得られる交互多層膜を作成することにより、製造することが出来る。
ここで、アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール等が用いられるが、エタノールが好ましい。カルボン酸金属塩として、酢酸金属塩、プロピオン酸金属塩を用いることが出来る。
プロセスの温度は、０〜５０℃であり、室温が好ましい。
【実施例１】
【００１１】
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示す２０ナノメートル間隔を持つ金製のナノ電極が形成されたシリコン酸化膜付きシリコン基板を、一層目の自己組織化膜形成のため、メルカプトヘキサデカン酸（HS(CH2)15COOH、以後MHDAと略す）をエタノール中に1mMの濃度に希釈した溶液中に24時間浸漬した。
続いて、一層目と二層目の分子の結合に用いる金属イオンの供給のため、酢酸銅（(CH3COO)2Cu）をエタノール中に1 mMの濃度に希釈した溶液に、一層目を形成したシリコン基板を5分間浸漬させた。
このプロセスを6回繰り返すことにより12層の多層膜が形成され、電極間に分子が架橋され、図１に示すようなデバイス（電界効果素子）を作成した。またこのナノ電極に分子が付着していることを、Ｘ線光電子分光法で確認した。
電界をシリコン基板側から印加した状態（バックゲート型）でナノ電極間の電気特性を測定した。
その結果を図２に示す。ある特定のゲート電圧のみにて、ナノ電極を流れる電流が増加した。これは単一電子素子に固有な性質である。またこれは室温で観察された。
【００１２】
（比較例1）
実施例１においてMHDAに代えて、メルカプトビフェニルメタン酸を用いてデバイス（電界効果素子）を作成した。電界をシリコン基板側から印加した状態でナノ電極間の電気特性を測定した。その結果を図３に示す。
電界強度に依存したナノ電極を流れる電流は、測定できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明のナノメートルスケール電界効果素子は、ナノ電極を流れる電流が特定のゲート電圧でのみ動作するため、電界効果素子として有望なばかりか、センサーなど他のナノメートルスケールの素子への応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の電界効果素子の模式図
【図２】実施例１における電界―電流特性図
【図３】比較例における電界―電流特性図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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