(57)【要約】【課題】電流ヒステリシスが低減された分子トランジスタおよびその製造方法、並びにそれを用いた不揮発性メモリおよび圧電センサを提供する。【解決手段】シリコン酸化膜１４と、シリコン酸化膜１４上に形成されたカーボンナノチューブ１５と、カーボンナノチューブ１５を両者の間に挟むように配置されたソース電極１３およびドレイン電極１２と、カーボンナノチューブ１５の導通を制御するゲート電圧をカーボンナノチューブ１５に印加するためのシリコン基板１１とを備える分子電界効果トランジスタ１０において、シリコン酸化膜１４上に、シリコン酸化膜１４表面に化学的に結合した自己組織化単分子膜１６を形成し、カーボンナノチューブ１５上に有機強誘電体層１７を形成し、自己組織化単分子膜１６と有機強誘電体層１７との間にカーボンナノチューブ１５を挟持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物からなる絶縁体基材と、
該絶縁体基材上に形成されたナノ構造体からなる半導体チャネルと、
該半導体チャネルを両者の間に挟むように配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記半導体チャネルの導通を制御するゲート電圧を上記半導体チャネルに印加するためのゲート電極とを備える分子トランジスタであって、
上記絶縁体基材上に、該絶縁体基材表面に化学的に結合した疎水性膜が形成されており、
上記半導体チャネル上に有機強誘電体層が形成されており、
上記半導体チャネルが、上記疎水性膜と上記有機強誘電体層との間に挟持されていることを特徴とする分子トランジスタ。
【請求項２】
上記ゲート電極は、上記絶縁体基材および上記疎水性膜を介して上記半導体チャネルに対向するように配置された第１の電極を含むことを特徴とする請求項１記載の分子トランジスタ。
【請求項３】
上記ゲート電極は、上記有機強誘電体層を介して上記半導体チャネルに対向するように配置された第２の電極を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の分子トランジスタ。
【請求項４】
上記有機強誘電体層は、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体またはフッ化ビニリデンオリゴマーからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項５】
上記疎水性膜は、自己組織化単分子膜であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項６】
上記疎水性膜は、有機シラン化合物で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項７】
上記有機シラン化合物は、炭素の鎖長が１０〜２５の範囲内である有機シロキサンであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項８】
上記疎水性膜は、ソース電極の中心とドレイン電極の中心とを結ぶ直線にほぼ平行な方向に伸びる帯状となるようにパターニングされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項９】
上記ナノ構造体は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分子トランジスタ。
【請求項１０】
請求項３記載の分子トランジスタを含むことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の分子トランジスタを含むことを特徴とする圧電センサ。
【請求項１２】
酸化物からなる絶縁体基材上に、上記酸化物と反応して疎水性膜を形成しうる物質を堆積することで、上記絶縁体基材表面に化学的に結合した疎水性膜を形成するステップと、
上記疎水性膜上にソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、
上記疎水性膜上におけるソース電極とドレイン電極との間に、ナノ構造体からなる半導体チャネルを形成するステップと、
上記疎水性膜との間に半導体チャネルを挟持するように有機強誘電体層を形成するステップと、
上記半導体チャネルの導通を制御するゲート電圧を上記半導体チャネルに印加するためのゲート電極を配置するステップとを含むことを特徴とする分子トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
上記有機強誘電体層を形成するステップの前に、上記絶縁体基板、疎水性膜、およびナノ構造体をアニールするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の分子トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
上記有機強誘電体層を形成するステップの後に、上記有機強誘電体層をアニールするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の分子トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物からなる絶縁体基材と、該絶縁体基材上に形成されたカーボンナノチューブなどのナノ構造体からなる半導体チャネルと、該半導体チャネルを両者の間に挟むように配置されたソース電極およびドレイン電極と、上記半導体チャネルの導通を制御するゲート電圧を上記半導体チャネルに印加するためのゲート電極とを備える分子トランジスタおよびその製造方法、並びにそれを用いた不揮発性メモリおよび圧電センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業の市場規模は、約１兆ドルであり、極めて大きい。現在は、半導体デバイスのほとんどがシリコンを用いたものである。しかし、今後数十年、シリコンを加工できる限界まで微細化が進み、さらなる微細化ができなくなることが予想されている。
【０００３】
こうした中、カーボンナノチューブ、特に単層カーボンナノチューブが、電気的にも機械的にも優れた特性を有することから、次世代電子デバイスを構成するナノスケールの半導体材料として期待されており、シリコンを置き換える可能性があると期待されている。
【０００４】
次世代電子デバイスの中でも、カーボンナノチューブを半導体チャネルとして用いた電界効果トランジスタ（以下、「カーボンナノチューブ・トランジスタ」と称する）、特に単層半導体カーボンナノチューブを半導体チャネルとして用いたカーボンナノチューブ・トランジスタは、シリコンを用いた電界効果トランジスタより優れた特性を持つことが知られており、注目されている。
【０００５】
しかしながら、カーボンナノチューブ・トランジスタは、その微細な構造ゆえ、その特性が、周囲の環境に大きく影響を受ける。特に、基板に吸着した水による影響により、大きな電流ヒステリシスが現れることが問題である。電流ヒステリシスとは、閾値電圧（所定のドレイン電流が流れるために必要な最低のゲート電圧）が、ゲート電圧を上昇させていったときと、ゲート電圧を低下させていったときとで異なることである。大きな電流ヒステリシスは、ゲート電圧の履歴によってスイッチング状態が大きく相違し、所望のスイッチング状態が得られないという問題を引き起こす。したがって、大きな電流ヒステリシスは、実用上大きな問題である。
【０００６】
そのため、電流ヒステリシスが低減されたカーボンナノチューブ・トランジスタが要望されている。
【０００７】
非特許文献１には、カーボンナノチューブ・トランジスタにおいて、水分子によって発生するヒステリシスを低減させるために、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）をカーボンナノチューブ上に堆積させたものが記載されている。
【０００８】
また、非特許文献２には、カーボンナノチューブ・トランジスタにおいて、不揮発性メモリとして応用するために、カーボンナノチューブ上に無機の誘電体であるＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４−ＳｉＯ２（ＯＮＯ）の層を形成したものが記載されている。
【０００９】
また、特許文献１には、カーボンナノチューブを含んでなっている分子電界効果トランジスタであって、シリコン基板上に酸化膜を介してドレイン電極およびソース電極が形成され、ドレイン電極とソース電極との間にカーボンナノチューブが配置されるとともに、カーボンナノチューブがフッ化ビニリデンオリゴマー等の強誘電体によって被覆されている分子電界効果トランジスタが知られている。
【００１０】
また、非特許文献３には、ペンタセンやＣ６０等の有機半導体を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）において、ＣＦ３（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３やＣＨ３（ＣＨ２）７Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３などを出発物質とする自己組織化単分子層（ＳＡＭ）をＳｉＯ２ゲート絶縁膜上に形成し、該自己組織化単分子膜上に有機半導体層を形成することが記載されている。さらに、非特許文献４には、自己組織化単分子層を形成することによって、電界効果移動度が向上すると共に、チャンネル内の電荷密度が制御可能になることが記載されている。
【００１１】
また、非特許文献４には、Ｓｉ酸化膜が表面に形成されたＳｉ基板に対し、Ｓｉ基板上に対向Ａｕ電極を作製し、ＴＭＳ（Trimethylsiloxane）単分子膜をＳｉ酸化膜上のみに形成した後、ＴＭＳ単分子膜上に単層カーボンナノチューブを堆積することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２５８３３６号公報（２００３年９月１２日公開）
【非特許文献１】"Hysteresis caused by water molecules in carbon nanotube field-effect transistors", NANO LETTERS 3 (2): 193-198 FEB 2003（２００３年１月１６日公開）
【非特許文献２】"Carbon-nanotube-based nonvolatile memory with oxide-Nitride-Oxide film and nanoscale channel", APPLIED PHYSICS LETTERS 82 (2): 275-277 JAN 13 2003（２００３年１月１３日公開）
【非特許文献３】S.Kobayashi 等，“Control of carrier density by self-assembled monolayers in organic field-effect transistors”，Nature Mater.，３巻，p.317，2004年（２００４年４月４日公開）
【非特許文献４】春季第52回応用物理学関係連合講演会予稿集（２００４年９月１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、非特許文献１では、カーボンナノチューブ上に堆積させる誘電体として、強誘電体ではないＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いている。そのため、非特許文献１のカーボンナノチューブ・トランジスタは、不揮発性メモリとして使用できない。さらに、非特許文献１では、カーボンナノチューブは、酸化膜に覆われたＳｉ基板に対して、酸化膜上に直接形成されている。そのため、カーボンナノチューブから酸化膜界面への電荷の注入が起きた場合には、カーボンナノチューブ・トランジスタの電流ヒステリシスを十分に低減させることができない。
【００１３】
また、非特許文献２には、カーボンナノチューブ上に堆積させる誘電体として、無機の誘電体を用いている。そのため、無機の誘電体の堆積のために３００℃以上の高温プロセスが必須となる。また、無機の誘電体は、有機強誘電体と比較してフレキブル性に劣るため、フレキシブル性を持つカーボンナノチューブ・トランジスタを実現できない。さらに、非特許文献２では、カーボンナノチューブは、酸化膜に覆われたＳｉ基板に対して、酸化膜上に直接形成されている。そのため、カーボンナノチューブから酸化膜界面への電荷の注入が起きた場合には、カーボンナノチューブ・トランジスタの電流ヒステリシスを十分に低減させることができない。
【００１４】
また、特許文献１の強誘電体は、分子電界効果トランジスタの電流ヒステリシスを低減させる目的で形成されているものではなく、制御電圧を制御する目的で形成されているものである。さらに、特許文献１には、疎水性の自己組織化単分子膜などの疎水性膜により酸化膜を改質することは開示も示唆もされていない。特許文献１では、カーボンナノチューブは、酸化膜に覆われたＳｉ基板に対して酸化膜上に直接形成されている。そのため、カーボンナノチューブから酸化膜界面への電荷の注入が起きた場合には、カーボンナノチューブ・トランジスタの電流ヒステリシスを十分に低減させることができない。
【００１５】
また、非特許文献３のＴＭＳ単分子膜は、基板からの剥離あるいはＡＦＭによる基板上でのマニピュレーションを容易にする目的および酸化膜基板への電荷の注入を抑制する目的で形成されているものである。さらに、非特許文献３では、カーボンナノチューブの上側（ゲート電極に対向する側と反対側）に強誘電体膜が形成されていない。そのため、カーボンナノチューブ・トランジスタは不揮発性メモリとして使用できない。
【００１６】
以上のように、非特許文献１〜３および特許文献１の技術では、カーボンナノチューブを用いた分子電界効果トランジスタの電流ヒステリシスを十分に低減させ、なおかつ不揮発性メモリに応用することができない。
【００１７】
また、カーボンナノチューブ等のナノ構造体を半導体チャネルとして用いた分子トランジスタを不揮発性メモリに応用するには、電流ヒステリシスの低減が重要であるが、非特許文献１〜３および特許文献１には、カーボンナノチューブ等のナノ構造体を用いた不揮発性メモリにおける電流ヒステリシスを低減する技術は何ら開示も示唆もされていない。
【００１８】
また、非特許文献４の自己組織化単分子層は、基板からの剥離あるいはＡＦＭによる基板上でのマニピュレーションを容易にする目的および酸化膜基板への電荷の注入を抑制する目的でで形成されているものである。さらに、非特許文献４では、有機半導体の上側（ゲート電極に対向する側と反対側）に誘電体膜が形成されていない。そのため、カーボンナノチューブ・トランジスタは不揮発性メモリとして使用できない。
【００１９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流ヒステリシスが低減された分子トランジスタおよびその製造方法、並びにそれを用いた不揮発性メモリおよび圧電センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る分子トランジスタは、上記課題を解決するために、酸化物からなる絶縁体基材と、該絶縁体基材上に形成されたナノ構造体からなる半導体チャネルと、該半導体チャネルを両者の間に挟むように配置されたソース電極およびドレイン電極と、上記半導体チャネルの導通を制御するゲート電圧を上記半導体チャネルに印加するためのゲート電極とを備える分子トランジスタであって、上記絶縁体基材上に、該絶縁体基材表面に化学的に結合した疎水性膜が形成されており、上記半導体チャネル上に有機強誘電体層が形成されており、上記半導体チャネルが、上記疎水性膜と上記有機強誘電体層との間に挟持されていることを特徴としている。
【００２１】
もし絶縁体基材表面に直線的に半導体チャネルを形成した場合、ヒドロキシル基を有するために親水性である絶縁体基材表面に水が吸着され、吸着された水に半導体チャネルの電荷が捕捉されることで、半導体チャネルの電位が履歴（前の電位状態）の影響を受ける現象を引き起こす。その結果、大きな電流ヒステリシスが発生する。
【００２２】
これに対し、上記構成によれば、絶縁体基材上に、該絶縁体基材表面に化学的に結合した疎水性膜を形成したことで、絶縁体基材表面を疎水性に改質することができる。それゆえ、絶縁体基材表面に水が吸着され、吸着された水に半導体チャネルの電荷が捕捉されることで、半導体チャネルの電位が履歴の影響を受ける現象を回避できる。その結果、電流ヒステリシスを低減できる。
【００２３】
さらに、上記構成によれば、上記半導体チャネル上に有機強誘電体層を形成することで、電流ヒステリシスを低減させることができる。
【００２４】
そして、上記構成によれば、疎水性膜と有機強誘電体層の間に半導体チャネルを挟持した構成となっているので、絶縁体基材上に疎水性膜を形成したことによる電流ヒステリシスの低減効果と、上記半導体チャネル上に有機強誘電体層を形成したことによる電流ヒステリシスの低減効果との相乗効果により、電流ヒステリシスを顕著に低減させることができる。したがって、安定して動作する、信頼性の高い分子トランジスタを実現できるとともに、より信頼性のある不揮発性メモリへの応用が可能になる。
【００２５】
その上、上記構成では、有機強誘電体層を用いている。無機強誘電体層を用いた分子トランジスタは、３００℃以上の高温プロセスが製造に必要であるのに対し、有機強誘電体層を用いた分子トランジスタは、それより低温プロセスで作製できる。例えば、有機強誘電体としてフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体を用いた場合、１４３℃程度の低温で加熱するだけで、結晶性の高い誘電体層を形成できる。また、有機強誘電体層は、無機強誘電体層と比較してフレキシビリティに富むので、曲げることができる。
【００２６】
また、上記構成によれば、半導体チャネルが、ナノチューブ、ナノワイヤ等のナノ構造体からなり、微小な構造を有するので、分子トランジスタ、およびそれを用いたメモリ素子や圧電センサ等のデバイスを小型化することができる。
【００２７】
なお、本願明細書において、「ナノ構造体」とは、ナノスケールの構造体である分子、すなわち、ナノチューブ、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノホーン、フラーレン等を指すものとする。
【００２８】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記ゲート電極は、上記絶縁体基材および上記疎水性膜を介して上記半導体チャネルに対向するように配置された第１の電極を含む構成であってもよい。
【００２９】
上記構成によれば、上記絶縁体基材および上記疎水性膜をゲート絶縁膜とする分子トランジスタを実現できる。
【００３０】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記ゲート電極は、上記有機強誘電体層を介して上記半導体チャネルに対向するように配置された第２の電極を含む構成であってもよい。
【００３１】
上記構成によれば、上記有機強誘電体層をゲート絶縁膜とする分子トランジスタを実現できる。そして、上記構成によれば、第２の電極に電圧を印加することによって上記有機強誘電体層を分極させることができる。また、第２の電極に印加する電圧を制御することによって強誘電体層の分極方向を制御できる。さらに、電圧の印加を停止しても、有機強誘電体層の分極状態は保持される。そのため、上記構成の分子トランジスタは、分極方向により情報を記録する強誘電体メモリ（不揮発性メモリ）として利用することができる。
【００３２】
上記構成の分子トランジスタを不揮発性メモリとして使用する場合、情報に応じた方向に有機強誘電体層が分極するような電圧を有機強誘電体層に印加することで情報を書き込むようにすればよい。
【００３３】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記有機強誘電体層は、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体であるポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、または、フッ化ビニリデンオリゴマーからなる構成であることが好ましい。
【００３４】
上記構成によれば、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体の場合では、大きい永久電気双極子モーメントを持つので、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体を用いた場合、有機強誘電体層が、ポリフッ化ビニリデンの中では強く分極する。これにより、分極方向による分子トランジスタの特性変化がより大きくなる。そのため、分極方向の識別（不揮発性メモリとして用いる場合には、情報の読み出しに相当する）が容易になる。
【００３５】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記疎水性膜は、自己組織化単分子膜である構成であることが好ましい。
【００３６】
上記構成によれば、疎水性膜を１分子長の膜厚で形成することができる。それゆえ、分子トランジスタの大きさを増加させることなく絶縁体基材表面を改質した分子トランジスタを提供することができる。
【００３７】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記疎水性膜は、有機シラン化合物で形成されている構成であることが好ましい。
【００３８】
上記構成によれば、絶縁体基材表面のヒドロキシル基と有機シラン化合物との化学反応（シランカップリング反応）により、絶縁体基材表面と有機シラン化合物とが化学的に結合して、疎水性の自己組織化単分子膜が形成される。従って、上記の構成によれば、酸化物層に化学的に結合した疎水性の自己組織化単分子膜を容易に形成することができる。
【００３９】
また、有機シラン化合物は優れた特性を持つ絶縁膜である。そのため、上記構成では、ゲート電極が、絶縁体基材（ゲート絶縁層）を介して半導体チャネルに対向するように配置された第１の電極を含む場合に、絶縁体基材の厚みが薄くとも、半導体チャネルと第１の電極との間に流れる漏れ電流を減少させることができる。
【００４０】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記有機シラン化合物は、炭素の鎖長が１０〜２５の範囲内である有機シロキサンである構成であることが好ましい。
【００４１】
上記構成によれば、炭素の鎖長を１０以上とすることで、電流ヒステリシスをより一層低減することができる。また、有機シラン化合物で形成された疎水性膜は、誘電率がさほど大きくないため、炭素の鎖長があまり長くなりすぎると、絶縁体基材および疎水性膜を介して半導体チャネルに対向するように配置された第１の電極（ゲート電極）から半導体チャネルに電界が印加されにくくなる可能性がある。上記構成によれば、炭素の鎖長を２５程度以下にすれば、絶縁体基材および疎水性膜を介して半導体チャネルに対向するように配置された第１の電極（ゲート電極）から半導体チャネルに電界が十分印加される。
【００４２】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記疎水性膜は、ソース電極の中心とドレイン電極の中心とを結ぶ直線にほぼ平行な方向に伸びる帯状となるようにパターニングされている構成であることが好ましい。
【００４３】
上記構成によれば、ソース電極の中心とドレイン電極の中心とを結ぶ直線にほぼ平行な方向に沿ってナノ構造体が配列し易くなる。これにより、良好な特性を持つ分子トランジスタを実現できる。
【００４４】
なお、「直線にほぼ平行な方向」とは、直線に平行な方向、あるいは直線に平行な方向から約５度以内の範囲でずれた方向を指すものとする。
【００４５】
本発明の分子トランジスタは、上記構成の分子トランジスタにおいて、上記ナノ構造体は、カーボンナノチューブである構成であることが好ましい。
【００４６】
上記構成によれば、カーボンナノチューブを用いたことで、オン／オフ比が６桁程度であり、また、シリコンＭＯＳＦＥＴより高い移動度を有する、優れた性能を持つ分子トランジスタを実現できる。また、この分子トランジスタを不揮発性メモリとして利用した場合、高速応答性を持つ不揮発性メモリを実現できる。また、この分子トランジスタをセンサとして利用した場合、高感度のセンサを実現できる。
【００４７】
また、カーボンナノチューブは周囲の環境に対して敏感であるので、上記構成の分子トランジスタをセンサとして利用した場合、高感度の検出が可能になる。
【００４８】
さらに、カーボンナノチューブ等のナノチューブは、構造的にも安定であり、柔軟性に富む。そのため、カーボンナノチューブ等のナノチューブを上記ナノ構造体として用いた構成の分子トランジスタは、半導体チャネルを曲げて使用することが可能である。
【００４９】
本発明の分子トランジスタでは、有機強誘電体層に加えられた圧力に応じた電圧（電界）が有機強誘電体層に発生する。本発明の分子トランジスタは、圧電センサとして使用できる。本発明の分子トランジスタを圧電センサとして使用する場合、例えば、有機強誘電体層に加えられた圧力を分子トランジスタの特性変化に基づいて検出することができる。
【００５０】
本発明の分子トランジスタの製造方法は、上記の課題を解決するために、酸化物からなる絶縁体基材上に、上記酸化物と反応して疎水性膜を形成しうる物質を堆積することで、上記絶縁体基材表面に化学的に結合した疎水性膜を形成するステップと、上記疎水性膜上にソース電極およびドレイン電極を形成するステップと、上記疎水性膜上におけるソース電極とドレイン電極との間に、ナノ構造体からなる半導体チャネルを形成するステップと、上記疎水性膜との間に半導体チャネルを挟持するように有機強誘電体層を形成するステップと、上記半導体チャネルの導通を制御するゲート電圧を上記半導体チャネルに印加するためのゲート電極を配置するステップとを含むことを特徴としている。
【００５１】
上記方法によれば、本発明の分子トランジスタを製造することができる。
【００５２】
上記方法は、上記有機強誘電体層を形成するステップの前に、上記絶縁体基板、疎水性膜、およびナノ構造体をアニールするステップをさらに含むことが好ましい。
【００５３】
上記方法によれば、上記有機強誘電体層を形成するステップの前に、上記絶縁体基板、疎水性膜、およびナノ構造体をアニールするステップをさらに含むので、絶縁体基材表面に吸着された水により発生する電流ヒステリシスがさらに低減された分子トランジスタを製造できる。
【００５４】
上記方法は、上記有機強誘電体層を形成するステップの後に、上記有機強誘電体層をアニールするステップをさらに含むことが好ましい。
【００５５】
上記方法によれば、上記有機強誘電体層を形成するステップの後に、上記有機強誘電体層をアニールするステップをさらに含む。これにより、有機強誘電体層の結晶性が向上するので、電流ヒステリシスがさらに低減された分子トランジスタを製造できる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明は、以上のように、電流ヒステリシスが低減された分子トランジスタおよびその製造方法、並びにそれを用いた不揮発性メモリおよび圧電センサを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すると以下の通りである。なお、以下では、本発明に係る分子トランジスタの実施の一形態として、分子電界効果トランジスタ（以下、分子ＦＥＴと記載する）について説明する。
【００５８】
図１に示すように、本実施形態に係る分子ＦＥＴ１０は、シリコン基板１１上に、酸化物からなる絶縁体基材としてのシリコン酸化膜１４を介して、ドレイン電極１２およびソース電極１３が互いに対向するように配置されている。また、シリコン基板１１上における、ドレイン電極１２とソース電極１３との間に、カーボンナノチューブ（ナノ構造体）１５が半導体チャネルとして形成されている。
【００５９】
シリコン基板１１は、ｐ型不純物をドーピングしたシリコン基板であってもよい。シリコン基板１１は、シリコン酸化膜１４および後述する自己組織化単分子膜１６を介して半導体チャネル（カーボンナノチューブ１５）に対向するように配置されている。シリコン基板１１は、カーボンナノチューブ１５の導通を制御するゲート電圧をカーボンナノチューブ１５に印加するためのゲート電極（第１の電極）として機能する。
【００６０】
シリコン酸化膜１４は、ゲート電極（シリコン基板１１）と半導体チャネル（カーボンナノチューブ１５）とを絶縁するゲート絶縁膜として機能するものであり、二酸化シリコン(ＳｉＯ2)からなる。
【００６１】
ドレイン電極１２およびソース電極１３は、導電材料からなる電極であればよいが、化学的に安定であることから、金電極であることが好ましい。また、ドレイン電極１２およびソース電極１３が金電極である場合、金電極とシリコン酸化膜１４との間にＣｒ等の金属からなる接着層を設けることが好ましい。
【００６２】
シリコン酸化膜１４は、公知の種々の形成方法、例えばシリコン基板１１の表層を酸化する方法で形成されるものである。シリコン酸化膜１４は、初期状態（自己組織化単分子膜１６を形成する前の状態）では、自己組織化単分子膜１６の原料と化学的に結合可能なヒドロキシル基を表面に有している。
【００６３】
カーボンナノチューブ１５は、単層型，多層型等のいずれの構造であってもよいが、単層型であることが好ましい。
【００６４】
また、カーボンナノチューブ１５は、半導体的（半導体性）カーボンナノチューブであってもよく、金属的（金属性）カーボンナノチューブであってもよいが、後述する有機強誘電体層１７の分極方向によるドレイン電流の変化を検出することから、半導体的カーボンナノチューブであることがより好ましい。
【００６５】
カーボンナノチューブ１５は、ドレイン電極１２とソース電極１３との間を架橋してチャネルを形成するように配置されていればよいが、誘電泳動法によりドレイン電極１２とソース電極１３との間を架橋するように配向された複数のカーボンナノチューブであることが好ましい。
【００６６】
また、本実施形態に係る分子ＦＥＴ１０においては、図１に示すように、シリコン酸化膜１４上に疎水性膜としての自己組織化単分子膜１６が形成され、自己組織化単分子膜１６上にカーボンナノチューブ１５が配置されている。
【００６７】
自己組織化単分子膜１６は、１分子長の膜厚からなる自己組織化膜である。自己組織化単分子膜１６は、ゲート絶縁膜（シリコン酸化膜１４）表面の原子（ケイ素原子）と化学的に結合している。自己組織化単分子膜１６は、ヒドロキシル基を表面に有する初期状態（自己組織化単分子膜１６と化学的に結合する前の状態）のシリコン酸化膜１４表面に対して、自己組織化単分子膜１６の原料を反応させることによって得られるものである。自己組織化単分子膜１６は、親水性である初期状態のシリコン酸化膜１４表面を疎水性に改質することを目的として形成される。
【００６８】
自己組織化単分子膜１６は、製造が容易であり、また、絶縁材料としても優れていることから、有機シラン化合物で形成されていることが好ましく、アルキルシロキサンで形成されていることがより好ましい。自己組織化単分子膜１６は、アルキルシロキサンの中でも、炭素の鎖長が１０〜２５の範囲内である有機シロキサンであることが好ましく、炭素の鎖長が１５〜２０の範囲内である有機シロキサンであることがさらに好ましい。これにより、電流ヒステリシスをより一層低減することができる。
【００６９】
自己組織化単分子膜１６の原料は、初期状態のシリコン酸化膜１４のヒドロキシル基と反応してシリコン酸化膜１４表面のケイ素原子との間に化学的結合を形成しうる官能基を有し、ヒドロキシル基と反応した後に疎水性表面を形成する化合物であればよい。自己組織化単分子膜１６の原料としては、具体的には、初期状態のシリコン酸化膜１４のヒドロキシル基と反応してシロキサンを形成可能な官能基（ケイ素原子と結合したシリルアミノ基、ケイ素原子と結合したクロロ基、ケイ素原子と結合したアルコキシ基など）を有する有機シラン化合物（シランカップリング剤）、初期状態のシリコン酸化膜１４のヒドロキシル基と反応してＳｉ−Ｏ−Ｔｉ結合を形成可能な官能基を有するチタン化合物などである。
【００７０】
上記有機シラン化合物としては、具体的には、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ（ＣＨ３）３；「ＨＭＤＳ」）などの有機ジシラザン；オクタデシルトリクロロシラン（ＣＨ３（ＣＨ２）１７ＳｉＣｌ３；「ＯＴＳ」）などの有機クロロシラン；、ＣＨ３（ＣＨ２）７Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、ＣＦ３ＣＦ２（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、ＣＦ３（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３、ＣＨ３（ＣＨ２）７Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３などのアルコキシシラン等が挙げられる。上記チタン化合物としては、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、四塩化チタンの少なくとも一つのクロロ基（−Ｃｌ）がメチル基（−ＣＨ３）やエトキシ基（−ＯＣ２Ｈ５）等の有機置換基で置換された置換体などが挙げられる。
【００７１】
ここで、初期状態（自己組織化単分子膜１６を設ける前の状態）では、シリコン酸化膜１４の表面には、シリコン酸化膜１４の酸素原子に水素原子が結合したヒドロキシル（−ＯＨ）基が位置することになる。そのため、シリコン酸化膜１４の表面は、親水性である。
【００７２】
そのため、シリコン酸化膜１４上に直接、カーボンナノチューブ１５を配置した場合、ヒドロキシル基を有するために親水性であるシリコン酸化膜１４表面に水が吸着され、吸着された水にカーボンナノチューブ１５中の電荷が捕捉されることで、カーボンナノチューブ１５の電位が履歴（前の電位状態）の影響を受ける現象を引き起こす。その結果、大きな電流ヒステリシスが発生する。
【００７３】
さらに、シリコン酸化膜１４表面におけるヒドロキシル基の存在によって、シリコン酸化膜１４上に直接、カーボンナノチューブ１５が配置されると、ヒドロキシル基を介して、シリコン酸化膜１４とカーボンナノチューブ１５との間で、無視できない程度に大きな相互作用を生じることになる。この相互作用のために、カーボンナノチューブ１５はシリコン酸化膜１４に吸着し、構造的な変形を受けかねない。したがって、カーボンナノチューブ１５を誘電泳動法等によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に配向させたときに、カーボンナノチューブ１５の電気特性が変化しかねない。
【００７４】
そこで、本実施の形態では、シリコン酸化膜１４のヒドロキシル基との化学反応により、シリコン酸化膜１４と化学的に結合するように、自己組織化単分子膜１６を形成する。つまり、シリコン酸化膜１４表面のヒドロキシル基を、自己組織化単分子膜１６を形成する際に化学反応に供される部位として用い、シリコン酸化膜１４表面を覆うように自己組織化単分子膜１６を形成する。これにより、ヒドロキシル基の存在により親水性表面を有していたシリコン酸化膜１４が、自己組織化単分子膜１６の存在によって疎水性表面を有するように改質される。
【００７５】
シリコン酸化膜１４が、自己組織化単分子膜１６の存在によって疎水性表面を有するように改質されることで、シリコン酸化膜１４表面に水が吸着され、吸着された水にカーボンナノチューブ１５中の電荷が捕捉されることで、カーボンナノチューブ１５の電位が履歴の影響を受ける現象を回避できる。その結果、電流ヒステリシスを低減できる。従って、自己組織化単分子膜１６を形成することにより、電流ヒステリシスが低減された分子ＦＥＴ１０を提供することができる。
【００７６】
さらに、シリコン酸化膜１４が、自己組織化単分子膜１６の存在によって疎水性表面を有するように改質されることで、シリコン酸化膜１４上にカーボンナノチューブ１５を配置したときに、シリコン酸化膜１４表面に存在するヒドロキシル基を介したシリコン酸化膜１４とカーボンナノチューブ１５との間の相互作用を大幅に低減することができる。それゆえ、自己組織化単分子膜１６が存在しない場合と比較して、カーボンナノチューブ１５がシリコン酸化膜１４上への吸着力が弱まる。したがって、カーボンナノチューブ１５を誘電泳動法等によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に配向させたときに、カーボンナノチューブ１５の電気特性に対する悪影響を軽減できる。
【００７７】
自己組織化単分子膜１６は、シリコン酸化膜１４表面にパターニングされていてもよい。すなわち、自己組織化単分子膜１６は、シリコン酸化膜１４表面の一部領域に限定して形成されていてもよい。自己組織化単分子膜１６をシリコン酸化膜１４表面にパターニングする場合、自己組織化単分子膜１６を、ソース電極１３とドレイン電極１２との間に形成される電界の方向、すなわちソース電極１３の中心とドレイン電極１２の中心とを結ぶ直線の方向にほぼ平行な方向に伸びる帯状となるようにパターニングすることが好ましい。これにより、ソース電極１３の中心とドレイン電極１２の中心とを結ぶ直線に沿ってカーボンナノチューブ１５が配列し易くなる。これにより、配向方向が良好な分子ＦＥＴ１０を実現できる。
【００７８】
本実施形態に係る分子ＦＥＴ１０においては、さらに、図１に示すように、カーボンナノチューブ１５の全面を覆うように、有機強誘電体層１７が形成されている。すなわち、本実施形態に係る分子ＦＥＴ１０においては、カーボンナノチューブ１５が、シリコン酸化膜１４と有機強誘電体層１７との間に挟持されている。
【００７９】
有機強誘電体層１７を形成する有機強誘電体としては、強誘電体の性質を示す有機物質であれば特に限定されるものではなく、強誘電体の性質を示すポリマーやオリゴマー（オリゴマーは、ポリマーより鎖長が短く、主鎖の炭素数が数えられる程度（炭素数２００以下程度のもの）が挙げられる。強誘電体とは、外部から電界を加えなくても本来的に電気分極（自発分極）を持っている物質のうち、この分極（自発分極）の向きを外部から加える電界で反転できるものを指す。したがって、強誘電体の性質を示す有機物質とは、内部分極を持ち、内部分極の向きを外部から加える電界で反転できる分子（有極性分子）である。有機強誘電体層１７を形成する有機強誘電体は、蒸着法によってカーボンナノチューブ１５を覆う際に、分解することなく蒸着させることができるので、オリゴマーであることが好ましい。
【００８０】
有機強誘電体層１７を形成する有機強誘電体は、抗電界以上の外部電界を印加することにより、電気双極子が分子軸を中心に１８０°回転して分極反転する。他に有機強誘電体層１７を形成する有機強誘電体としては、フッ素樹脂やナイロン１１なども挙げられる。
【００８１】
フッ素樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＣＨ2＝ＣＦ2；「ＶＤＦ」）とトリフルオロエチレン（ＣＨＦ＝ＣＦ２；「ＴｒＦＥ」）との共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、ポリシアン化ビニリデン、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレン（ＣＦ2＝ＣＦ2；「ＴｅＦＥ」）との共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ））などが挙げられる。これらのフッ素樹脂は、炭素原子上のフッ素とその炭素原子に隣接する炭素原子上の水素との間の電気陰性度の差に起因する永久電気双極子モーメントを持ち、強誘電性を発現する。
【００８２】
ポリフッ化ビニリデンは、式Ｘ−（ＣＨ2ＣＦ2）n−Ｙ（ｎ≧２）で表されるものである。一般に、式中の末端基ＸがＣＦ３−、式中の末端基ＹがＩ（ヨウ素）であるが、式中の末端基ＸがＣＦ３−であり、式中の末端基Ｙが、Ｉ以外のハロゲンや−ＣＦ3であってもよい。また、上記式中の両末端基ＸおよびＹがＣＨ3であってもよい。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体は、フッ化ビニリデン（ＣＨ2ＣＦ2）のフッ素（Ｆ）がシアン（ＣＮ）で置き換えられたものであってもよい。
【００８３】
上述したいずれの重合体（フッ素樹脂）も、鎖長は特に限定されず、繰り返し構造単位の数（ポリフッ化ビニリデンの場合には、上記式中のｎ）が２〜１００である重合体（オリゴマー）であっても、繰り返し構造単位の数が１００を超える重合体（狭義のポリマー）であってもよい。ただし、上述したいずれの重合体も、繰り返し構造単位の数が２〜１００である（すなわちオリゴマーである）ことが特に好ましい。
【００８４】
有機強誘電体層１７を形成する有機強誘電体としては、フッ素と水素との電気陰性度の差に起因する大きい永久電気双極子モーメント（モノマー単位で約２．１Ｄｅｂｙｅ）を持つことから、フッ化ビニリデン類の有機強誘電体が望ましい。スピンコートで有機強誘電体層１７を形成する場合には、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）が好ましい。また、真空蒸着法で有機強誘電体層１７を形成する場合には、フッ化ビニリデンオリゴマーが好ましい。これらのフッ化ビニリデンを用いた場合、有機強誘電体層１７が、より強く分極する。これにより、分極方向による分子ＦＥＴ１０の特性変化がより大きくなる。そのため、分極方向の識別（不揮発性メモリとして用いる場合には、情報の読み出しに相当する）が容易になる。
【００８５】
本実施形態の分子ＦＥＴ１０は、定電圧電源１９によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に定電圧を印加した状態で、可変電圧源１８からシリコン基板１１に印加するゲート電圧を変化させることによって、ドレイン電極１２に接続したスイッチング対象の負荷１００に流れる電流（ドレイン電流）を制御可能なスイッチング素子である。したがって、分子ＦＥＴ１０は、発光型ディスプレイ、非発光型ディスプレイ、マイクロプロセッサ、受光デバイス、センサ等、種々の用途に用いるスイッチング素子として利用することができる。
【００８６】
次に、上記分子ＦＥＴ１０の製造方法について説明する。
【００８７】
まず、シリコン基板の表層を酸化することによって、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１４を形成し、シリコン酸化膜１４上に、真空蒸着法やスパッタリング法等により、ドレイン電極１２およびソース電極１３を形成する。
【００８８】
続いて、シリコン酸化膜１４表面をよく洗浄し、該表面を親水状態にした後、シリコン酸化膜１４表面に自己組織化単分子膜１６を形成する。自己組織化単分子膜１６は、シリコン酸化膜１４上に自己組織化するように形成されることが好ましい。自己組織化単分子膜１６の形成方法としては、例えば、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜１４が形成されたものと、自己組織化単分子膜１６を形成するための原料（例えば有機シラン化合物やチタン化合物など）とを密封容器内に入れて加熱処理を行う方法や、ＣＶＤ（化学蒸着）法、溶液浸漬法などを用いることができる。なお、形成される自己組織化単分子膜１６の膜質を良好に保つために、上記加熱処理は、窒素雰囲気下、すなわち空気中の水分（湿度）の影響を受けない状態で行うことが好ましい。このように形成された自己組織化単分子膜１６は、親水性のシリコン酸化膜１４表面にのみに形成され、ドレイン電極１２およびソース電極１３の表面には形成されない。
【００８９】
ここで、自己組織化単分子膜１６を形成する物質（原料）としてＨＭＤＳを用いた場合、初期状態のシリコン酸化膜１４表面に存在するＭ−ＯＨ（Ｍは、シリコン酸化膜１４における−ＯＨ以外の部分を表す）とＨＭＤＳとのシランカップリング反応により、自己組織化単分子膜１６が形成される。具体的には、下記式（１）
２Ｍ−ＯＨ＋（ＣＨ３）３Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ（ＣＨ３）３
→２Ｍ−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ３）３＋ＮＨ３                ・・・（１）
の反応により、図２に示すように、シリコン酸化膜１４に化学結合したトリメチルシロキサンの単分子膜（ＴＭＳ膜）が自己組織化単分子膜１６として形成される。
【００９０】
また、自己組織化単分子膜１６を形成する物質（原料）として、Ｃｌ終端された有機シラン化合物又はチタン化合物Ｍ’−Ｃｌ（Ｍ’はＣｌ終端部分以外の構造を表す）を用いた場合、シリコン酸化膜１４表面と有機シラン化合物又はチタン化合物Ｍ’−Ｃｌとの反応により、自己組織化単分子膜１６が形成される。具体的には、下記式（２）
Ｍ−ＯＨ＋Ｍ’−Ｃｌ→Ｍ−Ｏ−Ｍ’＋ＨＣｌ          ・・・（２）
の反応により、シリコン酸化膜１４に化学結合した自己組織化単分子膜１６が形成される。
【００９１】
さらに、自己組織化単分子膜１６を形成する物質（原料）として、エトキシ基（−ＯＣ２Ｈ５）で終端された有機シラン化合物又はチタン化合物Ｍ”−ＯＣ２Ｈ５（Ｍ”はエトキシ基終端部分以外の構造を表す）を用いた場合、シリコン酸化膜１４表面と、下記式（３）
Ｍ−ＯＨ＋Ｍ”−ＯＣ２Ｈ５→Ｍ−Ｏ−Ｍ’＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ        ・・・（３）
の反応により、シリコン酸化膜１４に化学結合した自己組織化単分子膜１６が形成される。例えば、自己組織化単分子膜１６を形成する物質（原料）としてオクタデシルトリエトキシシランを用いた場合、図３に示すように、シリコン酸化膜１４に化学結合したオクタデシルシロキサンの単分子膜（ＯＤＳ膜）が自己組織化単分子膜１６として形成される。
【００９２】
上記式（１）〜（３）に示される化学反応によって、自己組織化単分子膜１６を形成することにより、シリコン酸化膜１４上には、各分子が所定の秩序で配向する自己組織化された自己組織化単分子膜１６が形成されることになる。
【００９３】
このようにして、シリコン酸化膜１４上に自己組織化単分子膜１６を形成すると、続いて、自己組織化単分子膜１６上にカーボンナノチューブ１５を配置する。カーボンナノチューブ１５の配置方法は、特に限定されず、例えば、ＣＶＤ（化学蒸着）法によってナノチューブを自己組織化単分子膜１６上に直接成長させる方法、走査型プローブ顕微鏡によってナノチューブを１本ずつ動かして配置する方法、誘電泳動法、キャスト法、電界配向法等を用いればよい。あるいは、シリコン酸化膜１４上の自己組織化単分子膜１６上にカーボンナノチューブ１５を配置した後に、電極をリソグラフィによって蒸着するようにしてもよい。
【００９４】
上記のカーボンナノチューブ１５の配置方法のうち、誘電泳動法を用いることが好ましい。誘電泳動法は、複数のカーボンナノチューブを配向性良く所定の方向（電界方向）に束状に配向させることができるという利点を有している。誘電泳動法は、高温を要しないので、自己組織化単分子膜１６を形成した後でもカーボンナノチューブ１５をドレイン電極１２およびソース電極１３間に架橋させることができる。誘電泳動法は、簡便に自己組織化単分子膜１６上にカーボンナノチューブ１５を配置することができ、大量生産も可能である。
【００９５】
誘電泳動法では、あらかじめ自己組織化単分子膜１６上に一対の電極（ドレイン電極１２およびソース電極１３、あるいは専用の電極）を形成し、該一対の電極間に交流電界（典型的には１〜数ＭＨｚ）を印加する（電界印加工程）。そして、カーボンナノチューブ１５を、メタノールやエタノール、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）等の溶媒に分散させて分散溶液を調製し、上記一対の電極間に、分散溶液を滴下する（分散溶液滴下工程）。なお、一対の電極間に交流電界を印加するタイミングは、分散溶液を滴下して溶媒が蒸発するまでの間であればよい。また、誘電泳動法で一対の電極間に印加される交流電界としては、１〜数ＭＨｚの正弦波であればよい。この正弦波の振幅が大きいほど、一対の電極間に架橋されるカーボンナノチューブ１５の本数が増えることになる。
【００９６】
これにより、一対の電極間に、カーボンナノチューブ１５が電気泳動によって一定の方向（電極間に印加された交流電界の方向）に配向した状態で配置される。その後、残った分散溶媒及びカーボンナノチューブ１５を回収することによって、所望の位置にカーボンナノチューブ１５が配置された分子ＦＥＴ１０を得ることができる。なお、電極間にカーボンナノチューブ１５が配置されたか否かは、電極間の電気抵抗値の変化をモニターし、所定の電気抵抗値に達した時点で、電極間にカーボンナノチューブ１５が配置されたと判断すればよい。
【００９７】
なお、誘電泳動法では、溶媒としてエタノールを用いることが好ましい。エタノール分散溶液中の単層カーボンナノチューブは、１〜数ＭＨｚの交流電界中で配向性良く電界方向に配向することが確認されている。
【００９８】
その後、スピンコート法、蒸着法、キャスト法、ＣＶＤ法等によって、有機強誘電体にてカーボンナノチューブ１５の表面全体を被覆し、有機強誘電体層１７を形成する。
【００９９】
有機強誘電体層１７を形成する前に、製造途中のデバイス全体（シリコン基板１１、ドレイン電極１２、ソース電極１３、シリコン酸化膜１４、カーボンナノチューブ１５、および自己組織化単分子膜１６）をアニール（アニール処理）することが好ましい。これにより、シリコン酸化膜１４表面に吸着された水により発生する電流ヒステリシスをさらに低減できる。このときのアニール温度は、１００〜３００℃であることが好ましく、１５０〜２００℃の範囲内であることがより好ましい。
【０１００】
また、有機強誘電体層１７を形成した後、有機強誘電体層１７をアニールすることが好ましい。このときのアニール温度は、有機強誘電体のキュリー点の温度以上、融点の温度以下の範囲内の１００〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、１２０〜１６０℃の範囲内であることがより好ましい。これにより、有機強誘電体層１７の結晶性が向上するので、電流ヒステリシスをさらに低減できる。
【０１０１】
なお、微小な分子ＦＥＴ１０を実現するためには、疎水性膜として自己組織化単分子膜１６を用いることが好適であるが、疎水性膜としては、シリコン酸化膜１４に化学的に結合して表面疎水性を示す疎水性膜であれば、自己組織化単分子膜１６に限定されることなく用いることができる。
【０１０２】
また、図１に示す分子ＦＥＴ１０においては、ゲート電極（シリコン基板１１）がドレイン電極１２およびソース電極１３と重なる領域にも配置されていたが、ゲート電極は、少なくともカーボンナノチューブ１５と重なる領域に配置されていればよい。したがって、例えば、シリコン基板１１の上に堆積させた絶縁体層中に、カーボンナノチューブ１５と重なる領域に導電体層を形成したものを用いてもよい。
【０１０３】
また、カーボンナノチューブ１５に代えて、カーボンナノチューブ１５以外の、半導体性を持つナノ構造体を用いてもよい。カーボンナノチューブ１５以外の、半導体性を持つナノ構造体としては、Ｂ−Ｎ系ナノチューブ（炭素（Ｃ）のみからなるカーボンナノチューブにおける炭素が、ホウ素（Ｂ）および／または窒素（Ｎ）で置換されたもの）やチタニアナノチューブ等のような無機ナノチューブ；ナノワイヤやフラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７２、Ｃ８４）、ナノロッド、ナノホーン等のような、ナノチューブ以外のナノ構造体；などが挙げられる。上記ナノワイヤとしては、カーボンナノワイヤ；シリコンナノワイヤ；酸化亜鉛（ＺｎＯ）等のような酸化物半導体からなるナノワイヤ；化合物半導体からなるナノワイヤ；導電性化合物やシリコン化合物等からなる共有結合性のナノワイヤ等が挙げられる。
【０１０４】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１０５】
図４に示すように、本発明に係る分子トランジスタの他の実施の形態としての分子ＦＥＴ２０は、実施の形態１に係る分子ＦＥＴ１０に対し、有機強誘電体層１７に自発分極を発生させるための上部電極２１を有機強誘電体層１７上に形成したものである。上部電極２１は、有機強誘電体層１７を介してカーボンナノチューブ１５に対向するように配置され、ゲート電極（第２の電極）として機能する。
【０１０６】
分子ＦＥＴ２０をスイッチング素子や不揮発性メモリ等として使用するときには、図４に示すように、有機強誘電体層１７にポーリング処理（分極処理）を施すために、電源２２によって上部電極２１に制御電圧が印加され、シリコン基板１１が接地される。これによって、上部電極２１とシリコン基板１１との間に、制御電圧（上部電極２１とシリコン基板１１との電位差）が印加され、電界が形成される。すなわち、制御電圧が有機強誘電体層１７に印加される。これによって、有機強誘電体層１７を構成する有機強誘電体分子が電界の方向に配列し、有機強誘電体分子の配向方向が揃う。その結果、有機強誘電体分子の自発分極（内部電界）方向が揃えられ、電界の方向に沿った自発分極（内部電界）が有機強誘電体層１７に発生する。そして、この自発分極によって、有機強誘電体層１７とカーボンナノチューブ１５との境界領域にて、有機強誘電体分子の自発分極の方向に応じて、カーボンナノチューブ１５に電子半導体チャネル（δ−）又はホール半導体チャネル（δ＋）、もしくはその両方が形成される。したがって、分子ＦＥＴ２０では、シリコン基板１１にゲート電圧が印加された場合と同様に、ゲート電圧がカーボンナノチューブ１５に印加された状態となる。
【０１０７】
以上のように、上部電極２１によって有機強誘電体層１７に自発分極を発生させ、カーボンナノチューブ１５を取り囲むポテンシャル場を有機強誘電体層１７の自発分極によって制御することで、カーボンナノチューブ１５が、有機強誘電体層１７の分極ポテンシャルの影響を受けてゲート電圧が印加された状態となる。
【０１０８】
また、有機強誘電体層１７の自発分極部位としての上記半導体チャネルは、有機強誘電体層１７を構成する有機強誘電体分子の配向方向に応じて形成される。そのため、上部電極２１に印加する制御電圧の正負（上部電極２１とシリコン基板１１との間に形成される電界の向き）を変えることによって、有機強誘電体分子の自発分極の方向、すなわちカーボンナノチューブ１５に印加されるゲート電圧の極性を変えることができる。
【０１０９】
したがって、電源２２によって印加される制御電圧の極性を変えることによって、有機強誘電体層１７の分極方向を上向き又は下向きに変化させ、分子ＦＥＴ２０のオン・オフを制御することができる。
【０１１０】
より詳細には、定電圧電源１９によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に定電圧を印加した状態で、カーボンナノチューブ１５に閾値電圧以上の正方向のゲート電圧が印加されるように、制御電圧を電源２２から上部電極２１に印加すれば、ドレイン電極１２とソース電極１３との間に電流を流す（分子ＦＥＴ２０をオン状態とする）ことができる。これにより、スイッチング対象である負荷（負荷抵抗）２５に電流を流し、負荷１００をオン状態とすることができる。例えば、負荷１００が発光型ディスプレイを構成する発光素子である場合、発光素子を発光させることができる。
【０１１１】
一方、カーボンナノチューブ１５に逆方向のゲート電圧が印加されるように、オン時の制御電圧とは逆極性の制御電圧を電源２２から上部電極２１に印加すれば、ドレイン電極１２に流れる電流（ドレイン電流）をオン時と比較して顕著に小さい電流（オフ電流）とする（分子ＦＥＴ２０をオフ状態とする）ことができる。これにより、スイッチング対象である負荷（負荷抵抗）２５に流れる電流をオフ電流とし、負荷１００をオフ状態とすることができる。例えば、負荷１００が発光型ディスプレイを構成する発光素子である場合、発光素子を消灯させることができる。
【０１１２】
このように、定電圧電源１９によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に定電圧を印加した状態で、有機強誘電体層１７の自発分極の方向を変化させることで、分子ＦＥＴ２０のスイッチング状態を制御することができる。したがって、分子ＦＥＴ２０は、定電圧電源１９によってドレイン電極１２とソース電極１３との間に定電圧を印加した状態で、電源２２から上部電極２１に印加する制御電圧の制御によって、負荷１００に流れる電流（ドレイン電流）を制御可能なスイッチング素子である。分子ＦＥＴ２０は、発光型ディスプレイにおける発光素子を制御するスイッチング素子としてのみならず、非発光型ディスプレイ、マイクロプロセッサ、受光デバイス、センサ等、種々の用途に用いるスイッチング素子として利用することができる。
【０１１３】
さらに、有機強誘電体層１７の自発分極は、自発分極を反転させるような外部電場が印加されない限り維持される。そのため、電源２２を切ったとき、すなわち有機強誘電体層１７の自発分極方向を揃えるための制御電圧を上部電極２１に印加していないときにも、有機強誘電体層１７の自発分極の方向は維持される。したがって、電源２２を切ったときにも、カーボンナノチューブ１５に印加されるゲート電圧が保持され、分子ＦＥＴ２０のスイッチング状態（オン・オフ）が維持される。すなわち、分子ＦＥＴ２０は、電源２２を切る直前の状態を記憶することができる。それゆえ、分子ＦＥＴ２０は、不揮発性メモリとして利用することができる。
【０１１４】
分子ＦＥＴ２０を不揮発性メモリとして利用する場合、書き込むべき情報“０”または“１”に応じた極性の電圧を電源２２から上部電極２１に印加することで情報“０”または“１”を分子ＦＥＴ２０に書き込み、ドレイン電極２４に流れる電流の大きさを負荷１００としての電流検出器で検出することで、情報“０”および“１”のいずれが書き込まれているかを判別する（情報を読み出す）ようにすればよい。
【０１１５】
なお、分子ＦＥＴ２０では、有機強誘電体層１７は、カーボンナノチューブ１５上部および側面を覆うように形成されている。そのため、有機強誘電体層１７を構成する有機強誘電体が自発分極することにより、カーボンナノチューブ１５は、有機強誘電体の分極ポテンシャルによって覆われた状態となるとなる。また、有機強誘電体の自発分極部位をカーボンナノチューブ１５に対してより接近させることができる。さらに、有機強誘電体層１７とカーボンナノチューブ１５との接触面積が十分に確保されているので、カーボンナノチューブ１５への電荷の蓄積を効率よく行うことができる。
【０１１６】
なお、上記の説明では、シリコン基板１１を接地していたが、図４に括弧書きで示すように、可変電圧源１８からシリコン基板１１に可変電圧を印加することで、カーボンナノチューブ１５に印加されるゲート電圧を制御してもよい。
【０１１７】
また、図４では、電圧を印加するための上部電極２１を形成し、上部電極２１に制御電圧を印加していた。しかしながら、上部電極２１の代わりに、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：atomicforce microscope）等のような、位置可変電極を備えるデバイスを用い、位置可変電極を有機強誘電体層１７上で移動させながら、位置可変電極に制御電圧を印加してもよい。
【０１１８】
また、実施の形態１および２の構成では、シリコン基板１１に代えて、シリコン基板以外の電極、例えば、シリコン以外の半導体（例えば酸化物半導体や化合物半導体など）あるいは導電体（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）など）からなる基板をゲート電極（第１の電極）として用いてもよい。また、シリコン酸化膜１４に代えて、初期状態で自己組織化単分子膜１６の原料と化学的に結合可能な官能基を表面に有している絶縁体基材、例えばシリコン酸化物以外の酸化物からなる絶縁膜（ただし、初期状態で自己組織化単分子膜１６の原料と化学的に結合可能なヒドロキシル基を有しているもの）をゲート絶縁膜（絶縁体基材）として用いてもよい。製造の容易さから、シリコン、アルミニウム、チタン、タンタル、ジルコニウム等の物質からなる基板をゲート電極（第１の電極）として用い、この基板の表層を酸化して得られる酸化物膜をゲート絶縁膜（絶縁体基材）として用いることがより好ましい。さらに、汎用性の点から、ゲート電極（第１の電極）としてシリコン基板を用い、ゲート絶縁膜（絶縁体基材）としてシリコン酸化膜を用いることが特に好ましい。
【０１１９】
また、実施の形態２の構成では、シリコン基板１１などのゲート電極を省いてもよい。ゲート電極を省く場合、ドレイン電極１２とソース電極１３との間の絶縁性を保つことができる限り、任意の基板をシリコン基板１１およびシリコン酸化膜１４に代えて用いることができる。シリコン基板１１およびシリコン酸化膜１４に代えて使用可能な基板としては、例えばＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3）等の高い誘電率を有する酸化物からなる絶縁体基板が挙げられる。
【０１２０】
〔実施の形態３〕
有機強誘電体は全て圧電体でもあるので、分子ＦＥＴ１０あるいは２０における有機強誘電体層１７表面に応力を与えれば、圧電効果により電界が発生し、この電界によって分子ＦＥＴ１０あるいは２０の特性が変化する。そこで、分子ＦＥＴ１０あるいは２０は、圧電効果による特性変化を利用して力検出センサ等の圧電センサとして利用可能である。
【０１２１】
本発明に係る分子トランジスタを用いた力検出センサの実施の一形態について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施の形態１または２にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【０１２２】
図５に示すように、本実施形態に係る力検出センサ（圧電センサ）３０は、実施の形態２に係る分子ＦＥＴ２０に対し、力を伝導させるための絶縁物からなる力伝導部材３１を上部電極２１上に形成したものである。ただし、力検出センサ３０は、電源２２に代えて定電圧電源２２Ａを備えている。
【０１２３】
力検出センサ３０では、力伝導部材３１に加えられた力を、圧電効果を利用して検出することができる。すなわち、有機強誘電体層１７に圧力を加えると、有機強誘電体層１７内に電圧が生じる効果（正圧電応答）が得られる。そのため、力（あるいは歪み）が有機強誘電体層１７に加わると、正圧電応答により有機強誘電体層１７内に電圧が生じ、この電圧がカーボンナノチューブ１５に加わる。その結果、分子ＦＥＴ２０の特性（ゲート電圧−ドレイン電流特性）が変化する（シフトする）。この変化を検出すれば、力伝導部材３１に加えられた力を検出することができる。
【０１２４】
なお、力伝導部材３１を省いてもよい。力伝導部材３１を省いた場合、有機強誘電体層１７の歪みによる正圧電応答によって発生した分子ＦＥＴ２０の特性（ゲート電圧−ドレイン電流特性）の変化を検出することで、有機強誘電体層１７の歪みを検出することができる。したがって、力伝導部材３１を省いた場合、歪みセンサ（圧電センサ）を実現することができる。
【０１２５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２６】
次に、自己組織化単分子膜１６および有機強誘電体層１７の各々単独の効果を確認した結果を参考例として示す。
【０１２７】
〔参考例１〕
本参考例および以下の参考例２〜４では、前記実施の形態１における分子ＦＥＴ１０から有機強誘電体層１７を省いた分子ＦＥＴを作製し、シリコン酸化膜１４表面に形成した自己組織化単分子膜１６の効果を確認した。
【０１２８】
まず、ｐ型不純物（ｐ＋）でドーピングしたシリコン基板１１上にシリコン酸化膜１４が３００ｎｍｎの厚みで形成されたものを用意した。
【０１２９】
次に、シリコン酸化膜１４上に、ドレイン電極１２およびソース電極１３としての互いに対向する金電極の対を数対作製した。電極間のギャップは、約２μｍとした。その後、シリコン酸化膜１４および金電極がその上に形成されたシリコン基板１１をＵＶ（紫外線）オゾン洗浄した。
【０１３０】
次に、疎水性の自己組織化単分子膜１６によるシリコン酸化膜１４の化学修飾を行った。すなわち、自己組織化単分子膜１６を作製する原料としてヘキサメチルジシラザンを使用して、自己組織化単分子膜１６を気相蒸着法で成膜した。具体的には、シリコン酸化膜１４および金電極がその上に形成されたシリコン基板１１を、少量の自己組織化単分子膜１６の原料（ヘキサメチルジシラザン）と共に密封容器に入れ、密封容器ごとオーブンに入れて、１００℃で２時間加熱した。ここで、オーブンは、自己組織化単分子膜１６の形成に際して、空気中の水分が自己組織化単分子膜１６の膜質に悪影響を及ぼすことを避けるために、ガス置換により内部空間を窒素雰囲気とした。この加熱により、ヘキサメチルジシラザンは、シリコン酸化膜１４上のヒドロキシル基（ＯＨ基）と反応（シランカップリング反応）して、図２に示すように、トリメチルシロキサンの単層膜（自己組織化単分子膜１６）を形成した。これにより、シリコン酸化膜１４表面における、金電極で覆われていない領域、すなわち剥き出しになっている領域に自己組織化単分子膜１６（トリメチルシロキサンの単層膜）が形成された。シリコン酸化膜１４表面は、自己組織化単分子膜１６で処理することにより、親水性から疎水性に変化する。
【０１３１】
次いで、交流（ＡＣ）を用いた誘電泳動法（dielectrophoresis）により、自己組織化単分子膜１６表面における対向する金電極間に単層カーボンナノチューブ（カーボンナノチューブ１５）を配向した。すなわち、対向する１対の金電極に対して、周波数１ＭＨｚ、電圧振幅（Ｖｐ−ｐ）２Ｖ（あるいは１０Ｖ）の交流電圧を発振器を用いて印加することで、対向する１対の金電極間に交流電界を形成した。そして、これら１対の金電極への交流の印加を継続しながら、自己組織化単分子膜１６表面におけるこれら１対の金電極間付近に、多数の単層カーボンナノチューブをエタノール中に分散させた分散液（Bucky USA社製の分散液を濃度調整したもの）をマイクロシリンジを用いて滴下した。これにより、交流電界により、単層カーボンナノチューブの分子内に双極子モーメントが誘起され（分極が発生され）、エタノール中の単層カーボンナノチューブが、印加された交流電界の方向（対向する金電極の中心間を結ぶ直線に沿った方向）に引力を受けて泳動する。その結果、エタノール中の単層カーボンナノチューブが、印加された交流電界の方向に沿って伸び、１対の金電極間に引き寄せられて配向した。その後、エタノールが蒸発するまで待った。エタノールが蒸発するまでの短時間で、多数の単層カーボンナノチューブからなる束状のカーボンナノチューブ１５が、対向する１対の金電極（交流電圧が印加された金電極）間に配列されて金電極間を架橋した状態（これはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像により確認された）となった。これにより、分子ＦＥＴが得られた。
【０１３２】
〔参考例２〕
自己組織化単分子膜１６を作製する原料として、ヘキサメチルジシラザンに代えてオクタデシルトリエトキシシランを使用する以外は、参考例１と同様にして、分子ＦＥＴを作成した。
【０１３３】
この場合、オクタデシルトリエトキシシランは、シリコン酸化膜１４上のヒドロキシル基（ＯＨ基）と反応して、図３に示すように、オクタデシルシロキサンの単層膜（自己組織化単分子膜１６）を形成した。
【０１３４】
〔比較例１〕
自己組織化単分子膜１６によるシリコン酸化膜１４の修飾を行わない以外は、参考例１と同様にして、分子ＦＥＴを作成した。
【０１３５】
〔シリコン酸化膜１４表面の解析〕
参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴにおけるシリコン酸化膜１４（自己組織化単分子膜１６を含む）の表面について、水に対する接触角を測定した。その結果、水に対する接触角は、オクタデシルシロキサンの単層膜で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例２）が最も大きく、トリメチルシロキサンの単層膜で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例１）が次いで大きかった。
【０１３６】
この結果から、シリコン酸化膜１４表面は、自己組織化単分子膜１６で処理することにより、親水性から疎水性に変化したことが確認された。また、自己組織化単分子膜１６で修飾されたシリコン酸化膜１４表面の中でも、オクタデシルシロキサンの単層膜（参考例２）で修飾されたシリコン酸化膜１４表面の方が疎水性が高いことが分かった。
【０１３７】
また、参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴにおけるシリコン酸化膜１４（自己組織化単分子膜１６を含む）の表面について、表面形状像を撮像した。その結果、表面粗さ（ＲＭＳ；二乗平均粗さ）は、自己組織化単分子膜１６で修飾されていないシリコン酸化膜１４表面（比較例１）が０．２６ｎｍ、トリメチルシロキサンの単層膜で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例１）が０．３１ｎｍ、オクタデシルシロキサンの単層膜で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例２）が０．１４ｎｍであった。
【０１３８】
このことから、自己組織化単分子膜１６で修飾されたシリコン酸化膜１４表面は、十分に滑らかであり、特にオクタデシルシロキサンの単層膜で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例２）が滑らかであることが分かった。
【０１３９】
また、参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴにおけるシリコン酸化膜１４（自己組織化単分子膜１６を含む）の表面について、カーボンナノチューブ１５のマニピュレーションにより評価した。具体的には、コンタクトモードの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、シリコン酸化膜１４（自己組織化単分子膜１６を含む）の表面を、該ＡＦＭのカンチレバーが金電極間に架橋されたカーボンナノチューブ１５を横切るように走査し、走査時の負荷を変化させて、カーボンナノチューブ１５のマニピュレーションを行った。その結果、自己組織化単分子膜１６で修飾されたシリコン酸化膜１４表面（参考例１・２）上では、自己組織化単分子膜１６で修飾されていないシリコン酸化膜１４表面（比較例１）上よりも、大きくカーボンナノチューブ１５が移動することが分かった。したがって、自己組織化単分子膜１６によるシリコン酸化膜１４表面の修飾によって、シリコン酸化膜１４表面へのカーボンナノチューブ１５の吸着力が低下し、カーボンナノチューブ１５とシリコン酸化膜１４表面との相互作用が低減されることが確認された。
【０１４０】
〔ドレイン電流のゲート電圧依存性〕
参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴに対し、ドレイン−ソース間電圧（＝（ドレイン電極１２の電位）−（ソース電極１３の電位））Ｖｄｓを１Ｖ（参考例１および比較例１）または２Ｖ（参考例２）に固定し、ゲート電圧（シリコン基板１１（ゲート電極）の電圧）を−８Ｖから＋８Ｖまで変化させたときのドレイン電流の変化、およびゲート電圧を＋８Ｖから−８Ｖまで変化させたときのドレイン電流の変化を測定した。この測定は、１×１０−３Ｐａの下で行った。
【０１４１】
参考例１、参考例２、および比較例１の測定結果をそれぞれ、図６、図７、および図８に示す。図６〜図８では、ゲート電圧を正方向に変化させたときのドレイン電流の変化を示す曲線を「順方向」、ゲート電圧を負方向に変化させたときのドレイン電流の変化を示す曲線を「逆方向」で示している。
【０１４２】
この結果、シリコン酸化膜１４表面を自己組織化単分子膜１６で修飾した場合（参考例１・２）には、シリコン酸化膜１４表面を修飾しなかった場合（比較例１）と比較して、電流ヒステリシス（ドレイン電流のヒステリシス幅）が低減された。また、トリメチルシロキサンの単層膜（自己組織化単分子膜１６）でシリコン酸化膜１４表面を修飾した場合（参考例１）よりも、より炭素主鎖の長いオクタデシルシロキサンの単層膜（自己組織化単分子膜１６）でシリコン酸化膜１４表面を修飾した場合（参考例２）の方が、電流ヒステリシスがより効果的に低減された。したがって、自己組織化単分子膜１６の炭素鎖長が長くなるほど、電流ヒステリシスを低減できると考えられる。
【０１４３】
〔ケルビン原子力顕微鏡（ＫＦＭ）による表面電位測定〕
参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴについて、ゲート電圧を０Ｖに固定し、ドレイン−ソース間電圧を０Ｖ→＋３Ｖ→０Ｖ→−３Ｖ→０Ｖと変化させときの、カーボンナノチューブおよびその周辺部の表面電位像（表面電位分布を示す画像）を撮像した。表面電位像の撮像は、ナノスケールでの表面電位評価が可能なケルビン原子力顕微鏡（Y. Miyato, K. Kobayashi, K. Matsushige, H. Yamada: "Local Surface Potential Measurements of Carbon Nanotube FETs by Kelvin Probe Force Microscopy", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 44, No. 4A (2005) pp. 1633-1636参照）により行った。また、真空中にて表面電位を測定するため、ケルビン原子力顕微鏡のセットアップには、ＦＭ検出法を用いた。また、ドレイン−ソース間電圧（ドレインバイアス電圧）を＋３Ｖまたは−３Ｖとするには、ソース電極１３を接地し、ドレイン電極１２に＋３Ｖまたは−３Ｖの直流電圧を印加した。
【０１４４】
参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴにおける、カーボンナノチューブおよびその周辺部の表面電位像（ＫＦＭ像；４μｍ四方）をそれぞれ、図９、図１０、および図１１に示す。また、参考例１・２および比較例１で作製した３種の分子ＦＥＴの表面形状像（トポグラフィー；４μｍ四方）をそれぞれ、図１２、図１３、および図１４に示す。なお、図９〜図１４において、撮像領域および撮像方向は共通であり、上端にドレイン電極１２、下端にソース電極１３が撮っている。
【０１４５】
シリコン酸化膜１４表面を修飾しなかった場合（比較例１）、カーボンナノチューブの電位コントラストが、カーボンナノチューブチャネル周辺部で大きく変化した。ドレイン−ソース間電圧が０Ｖの場合でさえ、カーボンナノチューブチャネル周辺部のシリコン酸化膜１４表面の電位コントラストが直前に印加されていたドレイン−ソース間電圧に強く依存する現象（電位コントラスト履歴）が見られた。一方、シリコン酸化膜１４表面を自己組織化単分子膜１６で修飾した場合（参考例１・２）には、シリコン酸化膜１４表面を修飾しなかった場合（比較例１）と比較して、カーボンナノチューブの表面電位のコントラスト履歴が低減していた。すなわち、自己組織化単分子膜１６、特にオクタデシルシロキサンの単層膜でシリコン酸化膜１４表面を修飾することで、劇的に電荷のトラップが抑制された。
【０１４６】
これらの結果から、シリコン酸化膜１４表面を修飾しなかった場合（比較例１）に発生するドレイン電流ヒステリシスは、シリコン酸化膜１４上に吸着水（シリコン酸化膜１４表面のヒドロキシル基と水素結合することで、シリコン酸化膜１４表面に吸着された水）が存在し、この吸着水に電荷がトラップ（捕捉）されたことが原因と考えられる。また、シリコン酸化膜１４表面を自己組織化単分子膜１６で修飾した場合（参考例１・２）に電流ヒステリシスが低減されたのは、カーボンナノチューブ１５と接する表面が、親水性表面（シリコン酸化膜１４表面）から疎水性表面（自己組織化単分子膜１６表面）に改質されて、水を吸着し難くなり、カーボンナノチューブ１５と接する表面上の吸着水への電荷トラップが抑制されたためであると考えられる。
【０１４７】
〔参考例３〕
自己組織化単分子膜１６（トリメチルシロキサンの単層膜）を、金電極で覆われていない部分のシリコン酸化膜１４表面全体に形成するのではなく、金電極で覆われていない部分のシリコン酸化膜１４表面に対して、所定のパターンで部分的に形成する（パターニングする）以外は、参考例１と同様にして、分子ＦＥＴを作製した。
【０１４８】
本参考例では、自己組織化単分子膜１６を縦方向（対向する金電極の中心同士を結ぶ直線の方向）に伸びる帯状となるようにパターニングした。より詳細には、自己組織化単分子膜１６からなる、幅が約１μｍ、間隔が約４μｍの縦方向のストライプ・パターンを、シリコン酸化膜１４全面に形成した。
【０１４９】
自己組織化単分子膜１６のパターニング方法は、以下の通りである。まず、シリコン酸化膜１４および金電極がその上に形成されたシリコン基板１１に対してフォトレジスト（Ｓ１８１３）を全面に塗布した後、プリベークした。次いで、形成しようとする自己組織化単分子膜１６のパターンに対応するパターンを持つレチクル（フォトマスク）を、フォトレジスト（Ｓ１８１３）に重ね、露光することで、レチクルのパターンをフォトレジスト上に転写した。次に、フォトレジストを現像することで、形成しようとする自己組織化単分子膜１６のパターンに対応する部分のフォトレジストを除去した。次いで、参考例１と同様にして、ヘキサメチルジシラザンをシリコン酸化膜１４表面に気相蒸着した後、フォトレジストを剥離した。
【０１５０】
〔参考例４〕
本参考例では、自己組織化単分子膜１６（トリメチルシロキサンの単層膜）を、縦方向ではなく、横方向（対向する金電極の中心同士を結ぶ直線に直交する方向）に伸びる帯状となるように、より詳細には、幅が約１μｍ、間隔が約４μｍの縦方向のストライプ・パターンとなるように、パターニングする以外は、参考例３と同様にして、分子ＦＥＴを作製した。
【０１５１】
〔カーボンナノチューブ配置前の表面形状像および摩擦像の観察結果〕
参考例３および参考例４におけるカーボンナノチューブ１５配置前の基板（金電極、シリコン酸化膜１４、およびトリメチルシロキサン単層膜がその上に形成されたシリコン基板１１）表面について、対向する１対の金電極およびその周辺部の表面形状像を撮像した。参考例３および参考例４の表面形状像をそれぞれ、図１５および図１６に示す。図１５および図１６の表面形状像における上下の電極を除く領域では、明領域がトリメチルシロキサン単層膜が形成されている領域に対応し、暗領域がシリコン酸化膜１４が露出している領域に対応する。なお、参考例３および参考例４では、トリメチルシロキサン単層膜の厚みは約５Åであった。
【０１５２】
参考例３および参考例４におけるカーボンナノチューブ１５配置前の基板表面について、対向する１対の金電極およびその周辺部の摩擦像を摩擦力顕微鏡検査法（Friction Froce Microscopy）により観察した。参考例３および参考例４の摩擦像観察結果をそれぞれ、図１７および図１８に示す。図１７および図１８の摩擦像における上下の電極を除く領域では、暗領域がトリメチルシロキサン単層膜が形成されている領域に対応し、明領域がシリコン酸化膜１４が露出している領域に対応する（トリメチルシロキサン単層膜の方がシリコン酸化膜１４よりも摩擦が小さいため）。
【０１５３】
これらの結果から、トリメチルシロキサン単層膜が金電極間にパターニングされたことが確認された。
【０１５４】
〔表面形状像の観察結果〕
比較例１、参考例３、および参考例４で得られた２種の分子ＦＥＴについて、対向する１対の金電極およびその周辺部の表面形状像を撮像した。比較例１、参考例３、および参考例４の分子ＦＥＴの表面形状像をそれぞれ、図１９、図２０、および図２１に示す。
【０１５５】
これらの結果から、トリメチルシロキサン単層膜を縦方向にパターニングした場合（参考例３；図２１）には、パターン方向（電極の中心間を結ぶ直線の方向）へのカーボンナノチューブ１５の配向性が増す傾向が見られた。逆に、トリメチルシロキサン単層膜を横方向にパターニングした場合（参考例４；図２０）には、カーボンナノチューブ１５の配向の乱れ（破線の円で囲んだ部分）が発生した。したがって、誘電泳動法において、カーボンナノチューブ１５の配向性を高めるためには、印加電界の方向と一致する方向（縦方向）にトリメチルシロキサン単層膜をパターニングすることが重要であることが分かった。
【０１５６】
〔参考例５〕
本参考例および以下の参考例では、前記実施の形態１における分子ＦＥＴ１０から自己組織化単分子膜１６を省いた分子ＦＥＴを作製し、有機強誘電体層１７の効果を確認した。
【０１５７】
まず、ｐ型不純物（ｐ＋）でドーピングしたシリコン基板（ゲート電極）１１上にシリコン酸化膜１４が３００ｎｍｎの厚みで形成されたものを用意した。
【０１５８】
次に、シリコン酸化膜１４上に、ドレイン電極１２およびソース電極１３としての互いに対向する金電極の対を数対作製した。電極間のギャップは、約２μｍとした。また、金電極は、シリコン酸化膜１４に接する厚さ５ｎｍのクロム層と、Ｃｒ接着層上に形成された厚さ１０ｎｍの金層とからなる構成とした。
【０１５９】
次いで、交流（ＡＣ）を用いた誘電泳動法（dielectrophoresis）により、シリコン酸化膜１４表面における対向する金電極間に単層カーボンナノチューブ（カーボンナノチューブ１５）を配向した。すなわち、対向する１対の金電極に対して、周波数１ＭＨｚ、電圧振幅（Ｖｐ−ｐ）１０Ｖの交流電圧を発振器を用いて印加することで、対向する１対の金電極間に交流電界を形成した。そして、これら１対の金電極への交流の印加を継続しながら、シリコン酸化膜１４表面におけるこれら１対の金電極間付近に、多数の単層カーボンナノチューブをエタノール中に分散させた分散液（Bucky USA社製の分散液を濃度調整したもの）をマイクロシリンジを用いて滴下した。その結果、エタノール中の単層カーボンナノチューブが、印加された交流電界の方向に沿って伸び、１対の金電極間に引き寄せられて配向した。その後、エタノールが蒸発するまで待った。エタノールが蒸発するまでの短時間で、多数の単層カーボンナノチューブからなる束状のカーボンナノチューブ１５が、対向する１対の金電極間に配列されて金電極間を架橋した。なお、本参考例では、単層カーボンナノチューブとして、半導体的単層カーボンナノチューブを用いた。
【０１６０】
次に、束状のカーボンナノチューブ１５上に、スピンコート法により、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）；フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとをモル比７５：２５で共重合したもの）を約１８０ｎｍの膜厚となるように堆積させた。フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体は、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）に溶解させ、得られた溶液をスピンコートに用いた。これにより、分子ＦＥＴが得られた。
【０１６１】
〔参考例６〕
単層カーボンナノチューブとして、半導体的単層カーボンナノチューブに代えて金属的単層カーボンナノチューブを用いる以外は、参考例５と同様にして、分子ＦＥＴを作製した。
【０１６２】
〔圧電応答計測〕
まず、参考例５および参考例６で得られた２種類の分子ＦＥＴに対してそれぞれ、＋１２Ｖの直流バイアス電圧によるＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜（有機強誘電体層１７）の分極処理を施した。また、参考例５および参考例６で得られた２種類の分子ＦＥＴに対してそれぞれ、＋１２Ｖの直流バイアス電圧によるＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜（有機強誘電体層１７）の分極処理を施した。
【０１６３】
分極処理は、以下のようにして行った。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）をコンタクトモードで使用し、図２２に示すように、原子間力顕微鏡の接地した導電性カンチレバーでＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面を走査しながら、カーボンナノチューブ１５に直流バイアス電圧（＋１２Ｖまたは−１２Ｖ）を印加した。ここでは、導電性カンチレバーによる走査をＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面の一部領域に対して行うことで、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面の一部領域に分極処理を施した。
【０１６４】
次に、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面の一部領域に分極処理が施された参考例５および参考例６の分子ＦＥＴについて、圧電応答計測（圧電応答像取得）を行った。圧電応答計測とは、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）技術の一つである。圧電応答計測は、以下のようにして行った。
【０１６５】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）をコンタクトモードで使用し、図２３に示すように、原子間力顕微鏡の接地した導電性カンチレバーでＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面を走査しながら、導電性カンチレバーとカーボンナノチューブ１５との間に変調バイアス電圧が印加される（実質的には電界が印加される）ように、正弦波電圧（直流バイアス電圧）をカーボンナノチューブ１５に印加した。
【０１６６】
これにより、有機強誘電体層１７（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜）の分極処理された領域でのみ、変調バイアスに応じた逆圧電応答が現れる。すなわち、有機強誘電体層１７の分極処理された領域で、導電性カンチレバーに変調バイアスの周波数に応じた振動（逆圧電振動）が生じる。そこで、この導電性カンチレバーの振動をロックインアンプで抽出することで、逆圧電振動の分布を表す画像である圧電応答像を取得した。
【０１６７】
圧電応答像により、有機強誘電体層１７の分極方向および分極強度を評価することができる。すなわち、逆圧電振動は、Ａ×ｃｏｓφ（Ａは振幅、φは位相）で表され、振幅Ａは有機強誘電体層１７の分極量の絶対値に比例し、位相φは有機強誘電体層１７の分極方向により変化する。より詳細には、位相φ＝０°のときには、図２３（ａ）に示すように導電性カンチレバーがカーボンナノチューブ１５に引き寄せられる一方、位相φ＝１８０°のときには、図２３（ｂ）に示すように導電性カンチレバーがカーボンナノチューブ１５から離される。圧電応答像は、このＡ×ｃｏｓφを画像化したものであるので、有機強誘電体層１７の分極方向および分極強度を表す。
【０１６８】
−１２Ｖの直流バイアス電圧および＋１２Ｖの直流バイアス電圧のそれぞれによる分極処理がＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面の一部領域に施された参考例５の分子ＦＥＴの圧電応答像を、図２５および図２６にそれぞれ示す。同様に、−１２Ｖの直流バイアス電圧および＋１２Ｖの直流バイアス電圧のそれぞれによる分極処理がＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜表面の一部領域に施された参考例６の分子ＦＥＴの圧電応答像を、図２７および図２８にそれぞれ示す。図２５〜図２８において、破線の枠で囲んだ領域が分極処理を施した領域である。なお、参考のために、参考例５におけるＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜形成前の分子ＦＥＴの表面形状像を観察した結果を図２４に示す。
【０１６９】
以上の結果から、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例５）においても、金属的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例６）においても、分極処理により有機強誘電体層１７が分極して逆圧電応答をすることが確認された。また、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）は、電極上およびカーボンナノチューブ上のみで、印加電圧の極性に応じて分極処理されることが分かった。
【０１７０】
以上の結果から、有機強誘電体層１７が逆圧電応答をすることが確認された。
【０１７１】
有機強誘電体層１７に圧力を加えると有機強誘電体層１７内に電圧が生じる正圧電応答は、この逆圧電応答の逆の応答である。そのため、上記の結果から、力やひずみが有機強誘電体層１７に加わると、逆圧電応答により生じた電圧がカーボンナノチューブ１５に加わり、分子ＦＥＴの電気特性が変化する（シフトする）ものと推定される。
【０１７２】
〔分極方向による分子ＦＥＴの電気特性変化〕
金属的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例６）に対し、−１２Ｖおよび＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７全体に施したときの、ドレイン電流のドレイン電圧依存性（ゲート電圧は０Ｖに固定）を測定した。測定結果を図２９に示す。
【０１７３】
半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例５）に対し、−１２Ｖおよび＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７全体に施したときの、ドレイン電流のドレイン電圧依存性（ゲート電圧は０Ｖに固定）を測定した。測定結果を図３０に示す。
【０１７４】
図２９および図３０の結果から、カーボンナノチューブが金属的である場合（参考例６）には有機強誘電体層１７の分極方向による分子ＦＥＴの特性変化が小さいのに対して、カーボンナノチューブが半導体的である場合（参考例５）には有機強誘電体層１７の分極方向による分子ＦＥＴの特性変化が小さいことが分かった。
【０１７５】
次に、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例５）について、ドレイン電流のゲート電圧依存性（ドレイン−ソース間電圧Ｖｄは１Ｖに固定）を測定した。さらに、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例５）に対し、−１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７全体に施したときの、ドレイン電流のゲート電圧依存性（ドレイン−ソース間電圧Ｖｄは１Ｖに固定）を測定した。これらの測定結果を図３１に示す。
【０１７６】
図３１に示すように、分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性は、−１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７に施すことで、ゲート電圧が上昇する方向（正方向）へシフトした。
【０１７７】
また、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴ（参考例５）に対し、＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７全体に施したときの、ドレイン電流のゲート電圧依存性（ドレイン−ソース間電圧Ｖｄは１Ｖに固定）を測定した。測定結果を、分極処理を施す前の分子ＦＥＴ（参考例５）の測定結果と共に図３２に示す。
【０１７８】
図３２に示すように、分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性は、＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理を有機強誘電体層１７に施すことで、ゲート電圧が低下する方向（負方向）へシフトした。
【０１７９】
分極処理によって分子ＦＥＴの特性シフトが起こるメカニズムは、以下のように考えられる。まず、−１２Ｖで分極処理した場合、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）の電気双極子モーメントは、カーボンナノチューブに対して垂直下向きとなる。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）の電気双極子（ダイポール）の極性を打ち消そうとして、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）とカーボンナノチューブとの界面付近に電子が誘起される。これにより、カーボンナノチューブが空乏化され、正のゲート電圧がカーボンナノチューブに印加されたのと同じ状態となる。この結果、分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性は、ゲート電圧が上昇する方向（正方向）へシフトしたものと考えられる。
【０１８０】
一方、＋１２Ｖで分極処理した場合、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）の電気双極子モーメントは、カーボンナノチューブに対して垂直上向きとなる。Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）の電気双極子の極性を打ち消そうとして、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）とカーボンナノチューブとの界面付近にホールが誘起される。この結果、分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性は、ゲート電圧が低下する方向（負方向）へシフトしたものと考えられる。
【０１８１】
〔参考例７〕
参考例５とほぼ同様にして、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴを作製した。ただし、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）は、大気中でスピンコート後、１４３℃（＋オーバシュート）で２時間アニールした。
【０１８２】
〔比較例２〕
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を堆積するステップを省く以外は、参考例７と同様にして、分子ＦＥＴを作製した。
【０１８３】
〔参考例８〕
参考例５とほぼ同様にして、半導体的カーボンナノチューブを用いた分子ＦＥＴを作製した。ただし、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）は、窒素雰囲気下でスピンコート後、１４３℃で２時間アニールした。また、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）をスピンコートする前に、分子ＦＥＴ全体を１５０℃で４０分間加熱（アニール）した。
【０１８４】
〔比較例３〕
Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）を堆積するステップを省く以外は、参考例８と同様にして、分子ＦＥＴを作製した。
【０１８５】
〔ドレイン電流のゲート電圧依存性〕
参考例７および比較例２の分子ＦＥＴについて、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄを２Ｖに固定して、ドレイン電流のゲート電圧依存性を測定した。比較例２および参考例７の分子ＦＥＴに関する測定結果をそれぞれ図３３および図３４に示す。
【０１８６】
同様に、参考例８および比較例３の分子ＦＥＴについて、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄを１Ｖに固定して、ドレイン電流のゲート電圧依存性を測定した。比較例３および参考例８の分子ＦＥＴに関する測定結果をそれぞれ図３５および図３６に示す。
【０１８７】
以上の結果から、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を堆積する前にアニールしなかった場合（参考例７）でも、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を堆積する前にアニールした場合（参考例８）でも、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を堆積することで、電流ヒステリシスが半分程度以下にまで低減されることが分かった。また、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を堆積する前にアニールした場合（参考例８）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）膜を堆積する前にアニールしなかった場合（参考例７）よりもヒステリシスがさらに低減されることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明の分子トランジスタは、カーボンナノチューブを用いたものであるので、低消費電力、ナノサイズ構成、単純な回路構成等の利点を持ち、現行のシリコンＭＯＳトランジスタに代わる次世代のトランジスタとして有望である。本発明の分子トランジスタは、不揮発性メモリ（強誘電体メモリ；ＦｅＲＡＭ）、圧電センサ、ＬＳＩ（大規模集積回路）やディスプレイなどに用いられるスイッチング素子などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の実施の一形態に係る分子トランジスタの構成を示す断面図である。
【図２】シリコン酸化膜に形成されたトリメチルシロキサン膜の構造を示す図である。
【図３】シリコン酸化膜に形成されたオクタデシルシロキサン膜の構造を示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る分子トランジスタの構成を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る力検出センサの構成を示す断面図である。
【図６】参考例１に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図７】参考例２に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図８】比較例１に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図９】参考例１に係る分子ＦＥＴの表面電位像である。
【図１０】参考例２に係る分子ＦＥＴの表面電位像である。
【図１１】比較例１に係る分子ＦＥＴの表面電位像である。
【図１２】参考例１に係る分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図１３】参考例２に係る分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図１４】比較例１に係る分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図１５】参考例３におけるカーボンナノチューブ配置前の基板の表面形状像である。
【図１６】参考例４におけるカーボンナノチューブ配置前の基板の表面形状像である。
【図１７】参考例３におけるカーボンナノチューブ配置前の基板の摩擦像である。
【図１８】参考例４におけるカーボンナノチューブ配置前の基板の摩擦像である。
【図１９】比較例１の分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図２０】参考例３の分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図２１】参考例４の分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図２２】分極処理の様子を示す図である。
【図２３】（ａ）および（ｂ）は圧電応答計測の様子を示す図である。
【図２４】参考例５におけるＰ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜形成前の分子ＦＥＴの表面形状像である。
【図２５】−１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例５の分子ＦＥＴの圧電応答像である。
【図２６】＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例５の分子ＦＥＴの圧電応答像である。
【図２７】−１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例６の分子ＦＥＴの圧電応答像である。
【図２８】＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例６の分子ＦＥＴの圧電応答像である。
【図２９】−１２Ｖおよび＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例６の分子ＦＥＴのドレイン電流のドレイン電圧依存性を示すグラフである。
【図３０】−１２Ｖおよび＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例５の分子ＦＥＴのドレイン電流のドレイン電圧依存性を示すグラフである。
【図３１】−１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例５の分子ＦＥＴのレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図３２】＋１２Ｖの直流バイアス電圧による分極処理が施された参考例５の分子ＦＥＴのレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図３３】比較例２に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図３４】参考例７に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図３５】比較例３に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【図３６】参考例８に係る分子ＦＥＴのドレイン電流のゲート電圧依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１９０】
１０    分子電界効果トランジスタ
１１    シリコン基板
１２    ドレイン電極
１３    ソース電極
１４    シリコン酸化膜
１５    カーボンナノチューブ
１６    自己組織化単分子膜
１７    有機強誘電体層
１８    可変電圧源
１９    定電圧電源
２０    分子電界効果トランジスタ
２１    上部電極
２２    電源
２２Ａ  定電圧電源
２４    ドレイン電極
２５    負荷
３０    力検出センサ
３１    力伝導部材
１００    負荷
【図１】
2007096129.tif 000003
【図２】
2007096129.tif 000004
【図３】
2007096129.tif 000005
【図４】
2007096129.tif 000006
【図５】
2007096129.tif 000007
【図６】
2007096129.tif 000008
【図７】
2007096129.tif 000009
【図８】
2007096129.tif 000010
【図９】
2007096129.tif 000011
【図１０】
2007096129.tif 000012
【図１１】
2007096129.tif 000013
【図１２】
2007096129.tif 000014
【図１３】
2007096129.tif 000015
【図１４】
2007096129.tif 000016
【図１５】
2007096129.tif 000017
【図１６】
2007096129.tif 000018
【図１７】
2007096129.tif 000019
【図１８】
2007096129.tif 000020
【図１９】
2007096129.tif 000021
【図２０】
2007096129.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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