(57)【要約】【課題】  基板に対して有機分子を垂直に結合すること。【解決手段】  本発明の複合基板は、基板と、基板に対してほぼ垂直になるように基板に結合された有機分子とを備える。また、本発明の複合基板は、基板と、複数の有機分子であって、複数の有機分子のそれぞれが、基板と反応する末端と、中央部とを有する複数の有機分子とを備え、複数の有機分子のうちの少なくとも一つの有機分子の中央部は、複数の有機分子のうちの他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有する。【選択図】  図１
2005319679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に対してほぼ垂直になるように前記基板に結合された有機分子と
を備える、複合基板。
【請求項２】
前記基板と前記有機分子とを結合する自己集積分子をさらに備える、請求項１に記載の複合基板。
【請求項３】
前記有機分子は、前記自己集積分子と直接的に結合する、請求項１に記載の複合基板。
【請求項４】
前記基板は、金、銀、ＩＴＯ、チタニアおよびシリコンからなる群から選択された材料を含む基板である、請求項１に記載の複合基板。
【請求項５】
前記基板は金基板である、請求項４に記載の複合基板。
【請求項６】
前記有機分子はポリシランである、請求項１に記載の複合基板。
【請求項７】
前記ポリシランの少なくとも一つの末端に、Ｓｉ−Ｈ基、Ｓｉ−ＯＲ基およびＳｉ−ＯＨ基からなる群から選択された基が存在する、請求項６に記載の複合基板。
【請求項８】
基板を提供するステップと、
前記基板とほぼ垂直になるように、前記基板に有機分子を結合するステップと
を包含する、複合基板を製造する方法。
【請求項９】
前記基板と前記有機分子とを結合するための自己集積単分子を前記基板と結合するステップをさらに包含し、
前記結合するステップは、前記複合基板を熱処理するステップを含む、請求項８に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１０】
前記熱処理するステップは、前記複合基板をアニーリングするステップを含む、請求項９に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１１】
前記熱処理するステップは、前記複合基板をエージングするステップを含む、請求項９に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１２】
前記結合するステップは、前記有機分子を前記基板に直接的に結合するステップを含む、請求項８に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１３】
前記基板は、金、銀、ＩＴＯ、チタニアおよびシリコンからなる群から選択された材料を含む基板である、請求項８に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１４】
前記基板は金基板である、請求項１３に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１５】
前記有機分子はポリシランである、請求項８に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１６】
前記ポリシランの少なくとも一つの末端に、Ｓｉ−Ｈ基、Ｓｉ−ＯＲ基およびＳｉ−ＯＨ基からなる群から選択された基が存在する、請求項１５に記載の複合基板を製造する方法。
【請求項１７】
基板と、
複数の有機分子であって、前記複数の有機分子のそれぞれが、前記基板と反応する末端と、中央部とを有する複数の有機分子と
を備える、複合基板であって、
前記複数の有機分子のうちの少なくとも一つの有機分子の中央部は、前記複数の有機分子のうちの他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有する、複合基板。
【請求項１８】
基板を提供するステップと、
複数の有機分子を前記基板に結合するステップと
を包含する、複合基板を製造する方法であって、
前記複数の有機分子のそれぞれが、前記基板と反応する末端と、中央部とを有し、
前記複数の有機分子のうちの少なくとも一つの有機分子の中央部は、前記複数の有機分子のうちの他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有する、複合基板を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合基板および複合基板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
より微細な動作が可能な分子デバイスが要望されている。そのような分子デバイスに利用する目的で、有機分子の特性を利用した複合基板の開発がすすめられている。
【０００３】
複合基板は、一般的に、キャスト、蒸着、スピンコーティングといった手法を用いて有機分子を基板上に堆積することによって、製造される。
【０００４】
図１３は、従来の複合基板３００を用いた導電素子３５０を示す模式的斜視図である。
【０００５】
導電素子３５０は、複合基板３００を用いたものである。ここで、複合基板３００は、基板３１０と、基板３１０上に設けられた有機分子３２０とを含む。
【０００６】
導電素子３５０は、別の基板３１０’をさらに含む。基板３１０’は、有機分子３２０を介して基板３１０と対向している。ここで、基板３１０および基板３１０’は、いずれも導電性基板、例えば、金属基板である。
【０００７】
複合基板３００は、キャスト、蒸着、スピンコーティングといった手法を用いて有機分子３２０を基板３１０上に堆積させたものであり、複合基板３００では、有機分子３２０は、基板３１０および基板３１０’に対してランダムな方向に向いている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
導電素子３５０では、基板３１０と基板３１０’との間に電圧を印加した場合、キャリアは、図１３の矢印に示すように、ホッピング伝導するが、有機分子３２０のキャリア移動度は１０−７〜１０−５ｃｍ／Ｖ  ｓｅｃ程度でしかない。
【０００９】
また、キャスト、蒸着、スピンコーティングといった手法では、有機分子は、物理吸着によって基板上に堆積するのみであり、基板と有機分子との間の結合が弱い。例えば、複合基板を洗浄しただけで、有機分子は基板から容易に分離してしまう。
【００１０】
したがって、キャリア移動度を向上させた複合基板とその製造方法が要望されている。また、有機分子が基板から容易に分離しない複合基板とその製造方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の複合基板は、基板と、前記基板に対してほぼ垂直になるように前記基板に結合された有機分子とを備える。  
【００１２】
前記基板と前記有機分子とを結合する自己集積分子をさらに備えてもよい。  
【００１３】
前記有機分子は、前記自己集積分子と直接的に結合してもよい。  
【００１４】
前記基板は、金、銀、ＩＴＯ、チタニアおよびシリコンからなる群から選択された材料を含む基板であってもよい。  
【００１５】
前記基板は金基板であってもよい。
【００１６】
前記有機分子はポリシランであってもよい。
【００１７】
前記ポリシランの少なくとも一つの末端に、Ｓｉ−Ｈ基、Ｓｉ−ＯＲ基およびＳｉ−ＯＨ基からなる群から選択された基が存在してもよい。
【００１８】
本発明の複合基板を製造する方法は、基板を提供するステップと、前記基板とほぼ垂直になるように、前記基板に有機分子を結合するステップとを包含する。
【００１９】
前記基板と前記有機分子とを結合するための自己集積単分子を前記基板と結合するステップをさらに包含し、前記結合するステップは、前記複合基板を熱処理するステップを含んでもよい。
【００２０】
前記熱処理するステップは、前記複合基板をアニーリングするステップを含んでもよい。
【００２１】
前記熱処理するステップは、前記複合基板をエージングするステップを含んでもよい。
【００２２】
前記結合するステップは、前記有機分子を前記基板に直接的に結合するステップを含んでもよい。
【００２３】
前記基板は、金、銀、ＩＴＯ、チタニアおよびシリコンからなる群から選択された材料を含む基板であってもよい。
【００２４】
前記基板は金基板であってもよい。
【００２５】
前記有機分子はポリシランであってもよい。
【００２６】
前記ポリシランの少なくとも一つの末端に、Ｓｉ−Ｈ基、Ｓｉ−ＯＲ基およびＳｉ−ＯＨ基からなる群から選択された基が存在してもよい。
【００２７】
本発明の複合基板は、基板と、複数の有機分子であって、前記複数の有機分子のそれぞれが、前記基板と反応する末端と、中央部とを有する複数の有機分子とを備え、前記複数の有機分子のうちの少なくとも一つの有機分子の中央部は、前記複数の有機分子のうちの他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有する。
【００２８】
本発明の複合基板を製造する方法は、基板を提供するステップと、複数の有機分子を前記基板に結合するステップとを包含する、複合基板を製造する方法であって、前記複数の有機分子のそれぞれが、前記基板と反応する末端と、中央部とを有し、前記複数の有機分子のうちの少なくとも一つの有機分子の中央部は、前記複数の有機分子のうちの他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、キャリア移動度を向上させた複合基板を提供することができる。また、本発明によれば、有機分子が基板から容易に分離しない複合基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による複合基板１００の模式的断面図である。
【００３２】
複合基板１００は、基板１１０と、複数の有機分子１２０と、基板１１０および有機分子１２０と結合した複数の自己集積単分子１３０とを含む。自己集積単分子１３０の一方の端部は基板１１０と結合し、自己集積単分子１３０の他方の端部は自己集積単分子１３０と結合している。
【００３３】
自己集積単分子１３０によって構成される膜は、一般に、自己集積単分子膜（ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ））ともよばれる。
【００３４】
自己集積単分子１３０が基板１１０に対してほぼ垂直になるように、自己集積単分子１３０の一方の端部は基板１１０と結合されている。
【００３５】
有機分子１２０は、自己集積単分子１３０を介して基板１１０と結合しており、有機分子１２０は、基板１１０に対してほぼ垂直に配向している。本明細書において、有機分子１２０が基板１１０にほぼ垂直であるとは、基板１１０の表面と有機分子１２０の伸びる方向とのなす角度が、少なくとも４５度以上であることを意味する。
【００３６】
有機分子１２０は、半導体であってもよい。
【００３７】
実施の形態１による複合基板１００は、以下に示すような手順で製造される。
【００３８】
まず、基板１１０を提供する。基板１１０の表面は、洗浄されていることが好ましい。
【００３９】
次いで、基板１１０に自己集積単分子１３０を結合する。一つの形態では、自己集積単分子１３０の溶液を用いる。自己集積単分子１３０の溶液に基板１１０を浸漬すると、自己集積単分子１３０が基板１１０と結合する。
【００４０】
次いで、自己集積単分子１３０に有機分子１２０を結合する。一つの形態では、有機分子１２０の溶液を用いる。この有機分子１２０の溶液は、有機分子１２０を溶媒中に分散させたものでもよいし、有機分子１２０を溶媒に溶解させたものでもよい。この溶液に基板１２０を浸漬すると、有機分子１２０が自己集積単分子１３０と結合する。これにより、有機分子１２０が自己集積単分子１３０を介して基板１１０と結合した複合基板１００を形成することができる。
【００４１】
このように、複合基板１００では、有機分子１２０が、化学修飾によって、基板１１０に間接的に結合されている。
【００４２】
次いで、複合基板１００に熱処理を施す。この熱処理は、室温より高い温度で複合基板１００を加熱するアニーリングであってもよいし、室温で複合基板１００を放置するエージングであってもよい。複合基板１００に熱処理を施すことにより、基板１１０に対する有機分子１２０の傾きがほぼ垂直になるように変化する。
【００４３】
以下に、図２および図１３を参照して、有機分子１２０が基板１１０に対してほぼ垂直で配向していることによる利点の一つの具体例として複合基板１００を導電素子に用いた場合について説明する。
【００４４】
ここで、導電素子は、常に導電性を有するものだけではなく、条件に応じて、導電性および絶縁性を切り換え可能な素子を含むことに留意されたい。
【００４５】
図２は、実施の形態１による複合基板１００を用いた導電素子１５０を示す模式的斜視図である。
【００４６】
導電素子１５０は、複合基板１００を用いたものである。ここで、複合基板１００は、基板１１０と、基板１１０上に設けられた自己集積単分子１３０と、自己集積単分子１３０上に設けられた有機分子１２０とを含む。
【００４７】
導電素子１５０は、別の基板１１０’をさらに含む。基板１１０’は、有機分子１２０および自己集積単分子１３０を介して基板１１０と対向している。ここで、基板１１０および基板１１０’は、いずれも導電性基板、例えば、金属基板である。
【００４８】
ここで、図１３に示した導電素子３５０と、図２に示した導電素子１５０とを比較する。
【００４９】
上述したように、導電素子３５０では、基板３１０と基板３１０’との間に電圧を印加した場合、キャリアは、図１３の矢印に示すように、ホッピング伝導する。有機分子３２０のキャリア移動度は１０−７〜１０−５ｃｍ／Ｖ  ｓｅｃ程度である。
【００５０】
それに対して、導電素子１５０では、基板１１０と基板１１０’との間に電圧を印加した場合、キャリアは、図２の矢印に示すように、有機分子１２０の伸びた主鎖中を伝導する。有機分子１２０のキャリア移動度は１０−４〜１０２ｃｍ／Ｖ  ｓｅｃ程度である。
【００５１】
このように、導電素子１５０は、導電素子３５０よりもキャリア移動度が高い。これは、導電素子３５０では、有機分子３２０がランダムな方向を向いているのに対して、導電素子１５０では、有機分子１２０が基板１１０に対してほぼ垂直な方向に向くように配向されているからである。したがって、有機分子１２０のキャリア移動度は、有機分子３２０と比べて、約３桁以上も高い。
【００５２】
このように、有機分子１２０が基板１１０に対してほぼ垂直に配向した複合基板１００を用いると、有機分子１２０のキャリア移動度が高いので、複合基板１００は、電極などの導電素子として用いるのに適しているといえる。
【００５３】
以下に、実施の形態１のより具体的な詳細について説明する。  
【００５４】
ここでは、基板１１０の一例として、金基板を用い、有機分子１２０の一例として、ポリシランを用い、また、自己集積単分子１３０の一例として、アルカンチオール誘導体を用いた。アルカンチオール誘導体は、例えば、６−メルカプト−１−ヘキサノール（ＨＯ−Ｃ６−ＳＨ）、２−メルカプトエタノール（ＨＯ−Ｃ２−ＳＨ）、ｎ−ヘキシル  メルカプタン（Ｃ６−ＳＨ）、ｎ−デシル  メルカプタン（Ｃ１０−ＳＨ）などである。アルカンチオール誘導体の末端のＳ−Ｈ基が、基板１１０と直接的に結合する。
【００５５】
なお、ポリシランの溶液の濃度は、１０−２Ｍ〜１０−６Ｍの範囲にした。
【００５６】
なお、以下の説明おいて、有機分子１２０がポリシランである複合基板をポリシラン複合基板とよぶ。
【００５７】
ポリシランを示す構造式を以下に示す。
【００５８】
【化１】
2005319679.tif 000003
このように、ポリシランは、複数のケイ素原子によって主鎖が形成されている。
【００５９】
ポリシランは、剛直性半導体高分子である。ポリシランの持続長は５０ｎｍ〜１００ｎｍである。持続長は、分子の剛直性の指標である。ポリシランは、従来の半導体高分子と比べて、１０〜２０倍以上堅い。
【００６０】
また、ポリシランの鎖長が持続長以下である場合、ポリシランを完全な棒状の量子細線とみなすことができる。ただし、ポリシランの持続長は、側鎖構造に応じて、数ｎｍ〜約１００ｎｍまで制御することができる。
【００６１】
ポリシランのホール輸送能は大きいので、ポリシランは、導電素子などの分子デバイスへの応用に適した有機分子と考えられている。
【００６２】
ここで、ポリシランの特性について測定した結果を示す。
【００６３】
図３は、ポリシランの赤外線スペクトルを示すグラフである。
【００６４】
図３の赤外線スペクトルに示されるように、波数２２００ｃｍ−１に吸収が見られた。これは、Ｓｉ−Ｈ基に起因する吸収である。
【００６５】
また、波数１０００ｃｍ−１に吸収が見られた。これは、Ｓｉ−ＯＲ基に起因する吸収である。Ｓｉ−ＯＲ基は、ポリシランをアルコールに沈殿させた際に、ポリシランのＳｉ−Ｈ基がアルコールと反応してできたと考えられる。
【００６６】
したがって、図３の赤外線スペクトルから、アルコールが関与する場合、ポリシランにはＳｉ−Ｈ基およびＳｉ−ＯＲ基が存在すると考えられる。
【００６７】
図４は、Ｓｉ−Ｈ伸縮振動とＣ−Ｈ変角振動との間の比と、ポリシランの数平均分子量（Ｍｎ）の逆数との関係を示すグラフである。
【００６８】
図４のグラフに示されるように、ポリシランの数平均分子量（Ｍｎ）が増加すると、Ｓｉ−Ｈ伸縮振動とＣ−Ｈ変角振動との間の比が減少した。
【００６９】
以上の結果から、ポリシランは、その末端にＳｉ−Ｈ基および／またはＳｉ−ＯＲ基が存在していると考えられる。
【００７０】
ポリシランの両端にＳｉ−Ｈ基が存在することを示す構造式を以下に示す。
【００７１】
【化２】
2005319679.tif 000004
ポリシランの末端の一方にＳｉ−Ｈ基が存在し、他方にＳｉ−ＯＲ基が存在することを示す構造式を以下に示す。
【００７２】
【化３】
2005319679.tif 000005
このように、ポリシランの両端にはＳｉ−Ｈ基が存在し、また、アルコールが関与する場合には、ポリシランの端部は、Ｓｉ−ＯＲ基が存在する。また、Ｓｉ−ＯＲ基は、水中で、Ｓｉ−ＯＨ基になると考えられている。
【００７３】
以下の説明において、ポリシランの端部以外の部分を中央部とよぶ。
【００７４】
ここで、金基板に対するポリシランの配向を測定した。
【００７５】
図５は、金基板に対するポリシランの配向を測定するための測定装置５００を示す模式図である。測定装置５００は、ＳＬＭ−４６８型  一回反射測定装置である。
【００７６】
測定装置５００は、光源５１０と、検出器５２０と、光源５１０から発せられた光をポリシランの方に反射する第１のミラー５３０と、複合基板２００によって反射された光を検出器５２０の方に反射する第２のミラー５４０とを含む。ここで、検出器５２０は、日本分光  Ｖ−５７０型  紫外可視近赤外分光光度計である。検出器５２０は、コンピュータ５５０に接続されている。
【００７７】
また、測定装置５００では、基板に対する光の入射方向がほぼ垂直になるようにポリシラン複合基板を配置した。ここでは、入射光を基板に入射角度５°で入射させるように、ポリシラン複合基板を配置した。
【００７８】
この測定装置５００を用いて、ポリシランの鏡面反射紫外線スペクトルを測定した。
【００７９】
図６は、基板に対するポリシランの傾きと光の吸収との関係を示す模式図である。
【００８０】
ポリシランは、その主鎖軸方向にある遷移モーメントに起因して、波長３２０ｎｍ付近の光を吸収すること知られている。
【００８１】
この鏡面反射では、光の入射方向に対してポリシランの主鎖軸の方向がほぼ垂直である場合、ポリシランは光を吸収するのに対して、光の入射方向に対してポリシランの主鎖軸の方向がほぼ平行である場合、ポリシランは光を吸収しない。
【００８２】
したがって、この測定装置５００を用いて、反射光を測定し、ポリシランによって吸収されたスペクトルを検出することで、基板に対するポリシランの傾きを測定した。
【００８３】
より詳細には、検出器５２０によって検出された反射スペクトルをＫｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ変換（以下、Ｋ−Ｋ変換ともいう）することで、主鎖軸の吸収成分のみを分離して、ポリシランの主鎖方向を特定した。
【００８４】
図７は、ポリシラン複合基板の加熱時間と、ポリシランの吸収強度との関係を示すグラフである。
【００８５】
図７のグラフでは、１２０℃でアニーリングした結果、および、１５０℃でアニーリングした結果が示されている。
【００８６】
１２０℃および１５０℃のいずれの温度でアニーリングした場合も、加熱時間とともに吸収強度は減少した。これは、金基板に対するポリシランの傾きは、加熱時間とともにより垂直になるように変化したことを意味している。
【００８７】
また、ポリシラン複合基板を室温よりも高い温度で加熱するのではなく、ポリシラン複合基板を室温で放置してエージングを行う場合も、同様に、時間とともに吸収強度は減少した。したがって、アニーリングだけでなく、エージングによっても、金基板に対するポリシランの傾きはほぼ垂直になるように変化するといえる。
【００８８】
このように、アニーリングおよびエージングといった熱処理によって、金基板に対するポリシランの傾きがほぼ垂直に変化した要因は、熱処理によってポリシランの分子間に存在していた溶媒が除去されたからと考えられる。このポリシラン複合基板では、特に、ポリシランの溶液に浸漬することよってポリシランがアルカンチオール誘導体と結合しているため、ポリシランの分子間には溶媒が保持されており、分子間に保持された溶媒を除去することによって、金基板に対するポリシランの傾きがほぼ垂直になるように変化すると考えられる。
【００８９】
図８は、基板に対する有機分子の傾きが、熱処理によって変化することを示す模式図である。なお、図８では、自己集積単分子を省略している。
【００９０】
図８（ａ）に示されるように、有機分子間には溶媒が存在しているが、熱処理によって、この溶媒は蒸発する。このように、溶媒は蒸発することにより、図８（ｂ）に示されるように、有機分子間に隙間ができる。結果として、有機分子は再配向し、図８（ｃ）に示されるように、有機分子は基板に対してより垂直に配向することになる。
【００９１】
このように、本実施の形態によれば、熱処理によって、基板に対する有機分子の傾きをほぼ垂直にすることができる。
【００９２】
また、複数の有機分子が垂直に配向するためには、有機分子の端部が基板と結合し（または、有機分子の端部が基板と反応して固定し）、有機分子の中央部が、他の有機分子の中央部と弱い分子間相互作用を有することが必要であると考えられる。この弱い分子間相互作用とは、例えば、ファンデルワールス力、ＣＨ−π相互作用、π−π相互作用である。これによれば、有機分子は、例えば、カーボンナノチューブであってもよい。
【００９３】
なお、上述したように、金基板に対するポリシランの傾きは時間とともに変化しているため、本実施の形態では、熱処理の時間を調整することによって、金基板に対するポリシランの傾きを所望の角度にするように、調整できる。
【００９４】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２による複合基板２００の模式的断面図である。
【００９５】
複合基板２００は、基板２１０と、基板２１０と直接的に結合した複数の有機分子２２０とを含む。
【００９６】
ここでは、有機分子１２０が基板１１０にほぼ垂直になるように有機分子１２０の一方の端部は基板１１０に直接的に結合している。ここで、有機分子１２０が基板１１０にほぼ垂直であるとは、基板１１０の表面と有機分子１２０の主鎖軸とのなす角度が、少なくとも４５度以上であることを意味する。
【００９７】
このように、有機分子１２０を基板１１０と直接的に結合することによって、有機分子１２０は、基板１１０により強く固定され、それにより、有機分子１２０が複合基板１００から容易に分離されることを防ぐことができる。
【００９８】
有機分子２２０は、半導体であってもよい。
【００９９】
実施の形態２による複合基板２００は、以下に示すような手順で製造される。
【０１００】
まず、基板２１０を提供する。基板２１０の表面は、洗浄されていることが好ましい。
【０１０１】
次いで、基板２１０に有機分子２２０を直接的に結合する。一つの形態としては、有機分子２２０の溶液を用いる。この有機分子２２０の溶液は、有機分子２２０を溶媒中に分散させたものでもよいし、有機分子２２０を溶媒に溶解させたものでもよい。この溶液に基板１２０を浸漬すると、有機分子２２０が基板２１０に直接的に結合した複合基板２００を形成することができる。
【０１０２】
以下に、実施の形態１における複合基板１００および実施の形態２による複合基板２００の特性について比較する。ここでは、実施の形態１および実施の形態２のいずれにおいても、基板の一例として、金基板を用い、有機分子の一例として、ポリシランを用いた。また、実施の形態１における複合基板１００において、自己集積単分子１３０の一例として、６−メルカプト−１−ヘキサノールを用いた。なお、ポリシランの溶液の濃度は、１０−２Ｍ〜１０−６Ｍの範囲にした。
【０１０３】
図１０は、ポリシランの溶液に金基板を浸漬した浸漬時間と、その金基板を水晶発振子マイクロバランスで測定した場合の振動数の変化を示すグラフである。なお、以下の説明において、水晶発振子マイクロバランス（Ｑｕａｒｔｚ−Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）をＱＣＭともよぶ。
【０１０４】
図１０において、「ＯＨ−Ｃ６Ｈ１２−ＨＳ」は、実施の形態１による複合基板１００の結果を表し、「Ａｕ」は、実施の形態２による複合基板２００の結果を表している。
【０１０５】
当業者には明らかであるように、図１０のグラフにおいて、ＱＣＭによって測定された振動数の変化は、金基板に付着したポリシランの質量の変化に相当している。図１０のグラフでは、左側の縦軸は振動数の変化を示し、右側の縦軸は、ＱＣＭの金属１ｃｍ−２あたりのポリシランの質量の変化を示している。
【０１０６】
したがって、図１０のグラフから、ポリシランの溶液に金基板を浸漬した浸漬時間が長くなるほど、金基板に付着したポリシランの量が増加していることがわかる。
【０１０７】
また、図１０のグラフから、自己集積単分子１３０（図１参照）の有無に関わらず、ポリシランの溶液に金基板を浸漬すると、ポリシランは金基板に付着していることが理解される。また、両者を比較すると、自己集積単分子１３０が無い場合の方が金基板に付着したポリシランの量が多いことがわかる。
【０１０８】
図１１は、金基板をポリシランの溶液に浸漬する浸漬時間と、ポリシランの吸収強度との関係を示すグラフである。ここで、吸収強度は、波長３２０ｎｍの光のσ−σ＊吸収の強度を示す。
【０１０９】
図１１においても、図１０と同様に、「ＯＨ−Ｃ６Ｈ１２−ＨＳ」は、実施の形態１による複合基板１００の結果を表し、「Ａｕ」は、実施の形態２による複合基板２００の結果を表している。
【０１１０】
図１１のグラフから明らかであるように、実施の形態１による複合基板１００と比べて、実施の形態２による複合基板２００の方がポリシランの吸収強度が小さい。
【０１１１】
ここで、上述した結果をまとめる。
【０１１２】
実施の形態２による複合基板２００でも、実施の形態１による複合基板１００と同様に、ポリシランは金基板に付着しており、かつ、ポリシランは金基板に対してほぼ垂直に配向していることが理解される。また、複合基板１００では、浸漬時間が長くなるとともにポリシランは金基板に対してほぼ垂直に配向するように変化していくのに対して、複合基板２００では、ポリシランが金基板と結合するときに、ポリシランは金基板に対してほぼ垂直に配向していると考えられる。
【０１１３】
図１２は、ポリシランと金基板との間の結合のモデルを示す模式図である。
【０１１４】
図１２に示されるように、ポリシランの末端のＳｉ−Ｈ基は金と共有結合しているか、または、ハイパーバレント配位結合していると考えられる。つまり、ポリシランは金基板と化学的に結合しているといえる。これは、ポリシランの末端における電子の存在確率が比較的高いことに起因すると考えられる。
【０１１５】
以上の結果から、実施の形態２において、ポリシランは金基板に直接的に結合しており、かつ、ポリシランは金基板に対してほぼ垂直に結合しているといえる。
【０１１６】
なお、実施の形態２によるポリシラン複合基板２００は、実施の形態１によるポリシラン複合基板１００と比べて、ポリシランは金基板に対してより垂直に配向しているが、実施の形態１と同様に、アニーリングおよびエージングといった熱処理を行うことによって、さらに垂直に配向する。
【０１１７】
ここで、ＱＣＭの金電極にアルカンチオール誘導体を設け、その上に付着されたポリシランの基板に対するポリシランの配向を測定装置５００（図５）を用いて測定する詳細を実施例１に説明する。
【０１１８】
また、ＱＣＭの金電極にアルカンチオール誘導体を設け、その上に付着されたポリシランの質量を測定する詳細を実施例２に、ＱＣＭの金電極にアルカンチオール誘導体を設け、その上に付着されたポリシランの質量を測定するとともに、測定装置５００（図５）を用いて基板に対するポリシランの配向を測定する詳細を実施例３に説明する。
【０１１９】
また、ＱＣＭの金電極に付着されたポリシランの質量を測定する詳細を実施例４に、ＱＣＭの金電極に付着されたポリシランの質量を測定するとともに、測定装置５００（図５）を用いて基板に対するポリシランの配向を測定する詳細を実施例５に説明する。
【０１２０】
なお、実施例１で測定された結果が、図７のグラフに示され、実施例２および実施例４において測定された結果が、図１０のグラフに示され、実施例３および実施例５において測定された結果が図１１のグラフに示されている。
【０１２１】
なお、これらの実施例では、ＱＣＭの金電極が金基板として機能している。
【実施例１】
【０１２２】
ＱＣＭの側面の金電極を切り取り、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）と濃硫酸（Ｈ２ＳＯ４）とを１対３の割合で有するピラニア溶液（Ｐｉｒａｎｈａ）にこの金電極を入れて、時々かき混ぜまぜながら、４０分間つけ置きした。次いで、ＭｉｌｌｉＱを用いてピラニア溶液を洗い流し、金電極に触れないように、金電極上の滴をキムワイプで吸い取った。
【０１２３】
次いで、水酸基を有するアルカンチオール誘導体（６−メルカプト−１−ヘキサノール）／エタノール  ５ｍＭ溶液に金基板を１２時間以上浸漬し、金基板上にＳＡＭを形成した。
【０１２４】
次いで、ポリシラン／イソオクタン溶液を準備した。ポリシラン／イソオクタン溶液には、過剰量のＴｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ＴＥＡ）を加えた。ポリシランとして、ｐｏｌｙ［ｎ−ｄｅｃｙｌ−２ｍｅｔｙｌｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ］（２ＭＰ−Ｃ１０Ｓｉ）を用いて、ポリシランの濃度は、１０−２Ｍにした。
【０１２５】
次いで、金電極をポリシラン／イソオクタン溶液に所定の時間浸漬し、その後、金電極に物理吸着したポリシランを取り除くために、イソオクタンに１０〜１５分浸漬させた。
【０１２６】
次いで、その金電極を用いて、測定試料を作成し、図５に示した測定装置５００を用いて紫外線反射スペクトルトルを測定した。
【０１２７】
測定条件は、以下のとおりであった。
【０１２８】
測光モード                        ％Ｒ
バンド幅                        ２ｎｍ
レスポンス                    Ｆａｓｔ  
走査速度                  １０ｎｍ／分
開始波長                    ３４９ｎｍ
終了波長                    ２８０ｎｍ
データ取り込み間隔          ０．５ｎｍ
繰り返し                            １
上述したように、加熱時間を変更しながら、紫外線反射スペクトルを測定することによって、金電極に対するポリシランの配向を測定した。
【実施例２】
【０１２９】
ＱＣＭの側面の金電極を切り取り、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）と濃硫酸（Ｈ２ＳＯ４）とを１対３の割合で有するピラニア溶液（Ｐｉｒａｎｈａ）にこの金電極を入れて、時々かき混ぜまぜながら、４０分間つけ置きした。次いで、ＭｉｌｌｉＱを用いてピラニア溶液を洗い流し、金電極に触れないように、金電極上の滴をキムワイプで吸い取った。
【０１３０】
次いで、水酸基を有するアルカンチオール誘導体（６−メルカプト−１−ヘキサノール）／エタノール  ５ｍＭ溶液に金基板を１２時間以上浸漬し、金基板上にＳＡＭを形成した。
【０１３１】
次いで、ポリシラン／イソオクタン溶液を準備した。ポリシラン／イソオクタン溶液には、過剰量のＴｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ＴＥＡ）を加えた。ポリシランとして、ｐｏｌｙ［ｎ−ｄｅｃｙｌ−２ｍｅｔｙｌｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ］（２ＭＰ−Ｃ１０Ｓｉ）を用いて、ポリシランの濃度は、１０−２Ｍにした。
【０１３２】
次いで、金電極をポリシラン／イソオクタン溶液に所定の時間浸漬し、その後、金電極に物理吸着したポリシランを取り除くために、イソオクタンに１０〜１５分浸漬させた。
【０１３３】
次いで、金電極をＱＣＭに取り付け、振動数の変化を測定した。
【０１３４】
測定条件は、以下のとおりであった。
【０１３５】
基準周波数                      ０Ｈｚ
ノイズカット周波数        １０００Ｈｚ
データ取り込み間隔                １秒
平均回数                          １回
入力インピーダンス              ５０Ω
ゲート時間                    ０．５秒
上述したように、振動数の変化を測定することによって、金電極に付着したポリシランの質量を測定した。
【実施例３】
【０１３６】
ＱＣＭの側面の金電極を切り取り、この金電極をピラニア溶液に入れて、時々かき混ぜまぜながら、４０分間つけ置きした。次いで、ＭｉｌｌｉＱを用いてピラニア溶液を洗い流し、金電極に触れないように、金電極上の滴をキムワイプで吸い取った。
【０１３７】
次いで、水酸基を有するアルカンチオール誘導体（６−メルカプト−１−ヘキサノール）／エタノール  ５ｍＭ溶液に金基板を１２時間以上浸漬し、金基板上にＳＡＭを形成した。
【０１３８】
次いで、ポリシラン／イソオクタン溶液を準備した。ポリシラン／イソオクタン溶液には、過剰量のＴｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ＴＥＡ）を加えた。ポリシランとして、ｐｏｌｙ［ｎ−ｄｅｃｙｌ−２ｍｅｔｙｌｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ］（２ＭＰ−Ｃ１０Ｓｉ）を用いて、ポリシランの濃度は、１０−２Ｍにした。
【０１３９】
次いで、金電極をポリシラン／イソオクタン溶液に所定の時間浸漬し、その後、金電極に物理吸着したポリシランを取り除くために、イソオクタンに１０〜１５分浸漬させた。
【０１４０】
次いで、実施例２と同様に、金電極をＱＣＭに取り付け、振動数の変化を測定した。
【０１４１】
次いで、その金電極を用いて、測定試料を作成し、図５に示した測定装置５００を用いて紫外線反射スペクトルトルを測定した。
【０１４２】
測定条件は、以下のとおりであった。
【０１４３】
測光モード                        ％Ｒ
バンド幅                        ２ｎｍ
レスポンス                    Ｆａｓｔ  
走査速度                  １０ｎｍ／分
開始波長                    ３４９ｎｍ
終了波長                    ２８０ｎｍ
データ取り込み間隔          ０．５ｎｍ
繰り返し                            １
上述したように、紫外線反射スペクトルを測定することによって、金電極に対するポリシランの配向を測定した。
【実施例４】
【０１４４】
ＱＣＭの側面の金電極を切り取り、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）と濃硫酸（Ｈ２ＳＯ４）とを１対３の割合で有するピラニア溶液（Ｐｉｒａｎｈａ）にこの金電極を入れて、時々かき混ぜまぜながら、４０分間つけ置きした。次いで、ＭｉｌｌｉＱを用いてピラニア溶液を洗い流し、金電極に触れないように、金電極上の滴をキムワイプで吸い取った。
【０１４５】
次いで、ポリシラン／イソオクタン溶液を準備した。ポリシラン／イソオクタン溶液には、過剰量のＴｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ＴＥＡ）を加えた。ポリシランとして、ｐｏｌｙ［ｎ−ｄｅｃｙｌ−２ｍｅｔｙｌｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ］（２ＭＰ−Ｃ１０Ｓｉ）を用いて、ポリシランの濃度は、１０−２Ｍにした。
【０１４６】
次いで、金電極をポリシラン／イソオクタン溶液に所定の時間浸漬し、その後、金電極に物理吸着したポリシランを取り除くために、イソオクタンに１０〜１５分浸漬させた。
【０１４７】
次いで、実施例２と同様に、金電極をＱＣＭに取り付け、振動数の変化を測定した。
【０１４８】
測定条件は、以下のとおりであった。
【０１４９】
基準周波数                      ０Ｈｚ
ノイズカット周波数        １０００Ｈｚ
データ取り込み間隔                １秒
平均回数                          １回
入力インピーダンス              ５０Ω
ゲート時間                    ０．５秒
上述したように、振動数の変化を測定することによって、金電極に付着したポリシランの質量を測定した。
【実施例５】
【０１５０】
ＱＣＭの側面の金電極を切り取り、この金電極をピラニア溶液に入れて、時々かき混ぜまぜながら、４０分間つけ置きした。次いで、ＭｉｌｌｉＱを用いてピラニア溶液を洗い流し、金電極に触れないように、金電極上の滴をキムワイプで吸い取った。
【０１５１】
次いで、ポリシラン／イソオクタン溶液を準備した。ポリシラン／イソオクタン溶液には、過剰量のＴｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ（ＴＥＡ）を加えた。ポリシランとして、ｐｏｌｙ［ｎ−ｄｅｃｙｌ−２ｍｅｔｙｌｐｒｏｐｙｌｓｉｌａｎｅ］（２ＭＰ−Ｃ１０Ｓｉ）を用いて、ポリシランの濃度は、１０−２Ｍにした。
【０１５２】
次いで、金電極をポリシラン／イソオクタン溶液に所定の時間浸漬し、その後、金電極に物理吸着したポリシランを取り除くために、イソオクタンに１０〜１５分浸漬させた。
【０１５３】
次いで、実施例２と同様に、金電極をＱＣＭに取り付け、振動数の変化を測定した。
【０１５４】
次いで、その金電極を用いて、測定試料を作成し、図５に示した測定装置５００を用いて紫外線反射スペクトルトルを測定した。
【０１５５】
測定条件は、以下のとおりであった。
【０１５６】
測光モード                        ％Ｒ
バンド幅                        ２ｎｍ
レスポンス                    Ｆａｓｔ  
走査速度                  １０ｎｍ／分
開始波長                    ３４９ｎｍ
終了波長                    ２８０ｎｍ
データ取り込み間隔          ０．５ｎｍ
繰り返し                            １
上述したように、紫外線反射スペクトルを測定することによって、金電極に対するポリシランの配向を測定した。
【０１５７】
なお、実施例４は、水酸基を有するアルカンチオール誘導体（６−メルカプト−１−ヘキサノール）／エタノール溶液に金基板を１２時間以上浸漬し、金基板上にＳＡＭを形成するという手順を加えた点で、実施２とは異なる。
【０１５８】
また、同様に、実施例５は、アルカンチオール誘導体（６−メルカプト−１−ヘキサノール）／エタノール溶液に金基板を１２時間以上浸漬し、金基板上にＳＡＭを形成するという手順を加えた点で、実施３とは異なる。
【０１５９】
なお、上述した説明では、基板の一つの形態として金基板について説明したが、本発明による基板の材料は金に限定されない。本発明の基板の材料は、金だけでなく、ＩＴＯおよびチタニアなどの金属酸化物、銀、または、シリコンであってもよい。あるいは、本発明の基板の材料は、有機分子と化学的に結合可能な任意の他の材料であればよい。
【０１６０】
また、上述した説明では、有機分子の一つの形態として、ポリシリコンについて説明したが、本発明の有機分子は、ポリシリコンに限定されない。本発明の有機分子は、基板と化学的に結合可能な任意の有機分子であればよい。
【０１６１】
また、上述した説明では、本発明による複合基板を用いた分子デバイスの一例として、導電素子について説明したが、複合基板の適用範囲はこれに限定されない。本発明による複合基板は、例えば、発光素子にも適用可能である。この場合、複合基板の有機分子として、発光可能な分子を用いる。本発明による複合基板を発光素子に用いる場合、光の取り出しを容易にするために、基板に対する有機分子の傾きがほぼ同一に斜め方向になるようにしてもよい。また、熱処理時間を制御することによって、基板に対する有機分子の傾きを制御することができる。
【０１６２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明によれば、基板に対して有機分子がほぼ垂直に結合した複合基板を提供できるので、複合基板のキャリア移動度をより向上させることができる。
【０１６４】
また、本発明のある実施の形態によれば、基板に有機分子を直接的に結合した複合基板を提供することができる。そのような複合基板では有機分子が基板から容易に分離しないので、複合基板を用いた分子デバイスの用途範囲を広げることができる。
【０１６５】
また、本発明によれば、簡便に複合基板を製造することができる。それにより、複合基板の製造コストを抑制することができる。
【０１６６】
また、本発明のある実施の形態によれば、自己集積単分子を用いることなく、有機分子を基板に結合するので、複合基板を用いた分子デバイスの用途範囲を広げることができる。
【０１６７】
また、本発明の複合基板は、分子デバイスだけではなく、有機ディスプレイ、情報記録光媒体、分子導線など、様々な分野にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１による複合基板の模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態による複合基板を用いた導電素子を示す模式的斜視図である。
【図３】図３は、ポリシランの赤外線スペクトルを示すグラフである。
【図４】図４は、Ｓｉ−Ｈ伸縮振動とＣ−Ｈ変角振動との間の比と、ポリシランの数平均分子量（Ｍｎ）の逆数との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、金基板に対するポリシランの配向を測定するための測定装置を示す模式図である。
【図６】図６は、基板に対するポリシランの傾きと光の吸収との関係を示す模式図である。
【図７】図７は、ポリシラン複合基板の加熱時間と、ポリシランの吸収強度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、基板に対する有機分子の傾きが、熱処理によって変化することを示す模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２による複合基板の模式的断面図である。
【図１０】図１０は、ポリシランの溶液に金基板を浸漬する浸漬時間と、その金基板を水晶発振子マイクロバランスで測定した場合の振動数の変化を示すグラフである。
【図１１】図１１は、金基板をポリシラン溶液に浸漬する浸漬時間と、ポリシランの吸収強度との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、ポリシランと金基板との間の結合のモデルを示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の複合基板を用いた導電素子を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１００  複合基板
１１０  基板
１２０  有機分子
１３０  自己集積単分子
【図４】
2005319679.tif 000006
【図１】
2005319679.tif 000007
【図２】
2005319679.tif 000008
【図３】
2005319679.tif 000009
【図５】
2005319679.tif 000010
【図６】
2005319679.tif 000011
【図７】
2005319679.tif 000012
【図８】
2005319679.tif 000013
【図９】
2005319679.tif 000014
【図１０】
2005319679.tif 000015
【図１１】
2005319679.tif 000016
【図１２】
2005319679.tif 000017
【図１３】
2005319679.tif 000018