(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、単一又は有望な分子で構成される機能化されたナノ構造体を作製する方法を提供することである。【解決手段】Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の機能化された単一（又は有望）分子のアレーは、以下の工程を経て製造することができる。（１）Ｓｉ（１１１）−７×７表面上にＡｌナノクラスターアレーを形成させる工程；及び（２）上記Ａｌナノクラスターアレー（テンプレート）上に、熱蒸着機を用いてフタロシアニン又はフラーレンのような単一分子（又は有望分子）を堆積させる工程。【選択図】  図５
2009154242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能化された単一分子のアレーをＳｉ（１１１）−７×７表面上に製造する方法で、次の工程を含んでなる製造方法：
（１）Ｓｉ（１１１）−７×７表面上にＡｌナノクラスターアレーを形成させる工程；
（２）上記Ａｌナノクラスターアレー上に、熱蒸着機を用いてフタロシアニン又はフラーレンのような単一分子を堆積させる工程；
【請求項２】
請求項１の製造方法において、前記工程（１）は、次の工程を、この順に含んでいる製造方法。
（i）Ｓｉ（１１１）サンプルを清浄にする工程；
（ii）清浄にされたＳｉ（１１１）サンプルを、超高真空チャンバー内に置く工程；
（iii）超高真空チャンバー内の清浄Ｓｉ（１１１）サンプルを、超高真空チャンバー中、約６００℃で脱気する工程；
（iv）約１１５０℃で数回加熱することにより、清浄なＳｉ（１１１）−７×７表面を得る工程；
（v）欠陥の密度を下げるために、約８００℃でアニールする工程；
（vi）温度が２５０℃と５００℃の間に保たれたＳｉ（１１１）−７×７表面上に、電子ビーム蒸着機を用いて、Ａｌナノクラスターアレーを成長させる工程。
【請求項３】
Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に形成されたＡｌナノクラスターアレー上のフタロシアニンアレー。
【請求項４】
Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に形成されたＡｌナノクラスターアレー上のフラーレンアレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上のＡｌナノクラスターアレー上に、フタロシアニンやフラーレンのように機能化された単一分子（又は有望な分子）のアレーを製造する方法に関するものである。
本発明は、また、Ｓｉ（１１１）−７×７表面に形成されたＡｌナノクラスターアレー上の、フタロシアニンアレー又はフラーレンアレーにも関する。
【背景技術】
【０００２】
固体表面上に整列して形成されたナノクラスターアレーを大量に製造することは、ナノ触媒、光学及びエレクトロニクスデバイス、シングルエレクトロンデバイス、超高密度記録、量子コンピューティング、暗号技術等への潜在的応用の可能性から非常に魅力的なテーマである。これまでに、例えば、化学合成における自己集合、ヘテロ接合歪薄膜成長、あるいはリソグラフィー等の種々の方法によって、均一サイズかつ制御可能な空間分布のナノクラスターを作製しようとして、多大な努力が払われてきた。最近、技術的に重要なＳｉ（１１１）表面上で、同一サイズの金属クラスターアレーがＴｌ（非特許文献１参照）、Ａｌ（非特許文献２参照）、Ｇａ、Ｉｎ（非特許文献３参照）、Ａｇ、Ｎａ、Ｐｂ等のような金属から作製されている。
【０００３】
その場合、観察用の高温走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いた我々の先行研究においては、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の人工的Ａｌナノクラスター結晶の生成プロセス及び熱力学的な安定性を系統的に調べた（非特許文献４、５参照）。そして、Ａｌナノクラスター結晶は５００℃以下で熱的に安定であることが分かった。そのため、各々のナノクラスターのサイズの均一性、規則的対称性、単一原子厚み、更にはその熱安定性のゆえに、完全な２次元（２Ｄ）ナノクラスター結晶は、引き続き成長するナノ構造体のテンプレートとして、あるいは、人工的界面として用いることができる。
【０００４】
【非特許文献１】L. Vitali et al.; Phys. Rev. Lett. vol.83, 316(1999).
【非特許文献２】J. F. Jia et al.;Appl.Phys.Lett.vol.80,3186(2002).
【非特許文献３】J. L. Li et al.; Phys.Rev.Lett.vol.88,066101(2002).
【非特許文献４】Run-Wei Li et al.; Nanotechnology, vol.17, 2018(2006).
【非特許文献５】Run-Wei Li et al.; Appl. Phys. Lett. vol.89, 073116(2006).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
〔発明の目的又は動機〕
上で述べたＴｌ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｎａ及びＰｂの金属の中で、特にＡｌの場合に、大規模に、かつハニカム構造を持つほぼ完全なアルミニウムナノクラスターが、比較的緩い条件で作製でき、いずれのクラスターも全てが６つのＡｌ原子から成っている（図２〜３参照）。このようなナノクラスターは、別の観点では、人工原子（群）と考えることもできる。したがって、完全に均一のサイズ及び間隔を持つナノクラスターで構成される周期格子は、人工的２Ｄナノクラスター結晶となる。言い換えれば、２Ｄナノクラスター結晶の中で、アルミニウムの単一原子に代わってアルミニウムナノクラスターが構造ユニットとして作用していると、我々は考えている。そのような同一大きさのナノクラスターアレーは、次世代のマイクロ／ナノエレクトロニクスにとって有望な材料とみることができるであろう。
【０００６】
我々は、Ｓｉ（１１１）−７×７表面のアルミニウムナノクラスターアレーをテンプレートとして用いて、機能化された分子を、適切な大きさで、自己組織化により整列させるナノ構造体の作製を試みた。そして、Ｓｉ（１１１）−７×７表面のアルミニウムナノクラスターアレー上に整列させたフタロシアニン又はフラーレン単一分子のアレーを作製することに成功し、本発明を完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔発明の概要〕
すなわち、本発明は、機能化された単一分子のアレーをＳｉ（１１１）−７×７表面上に製造する方法を提供するものであり、その製造方法は次の工程を含んでいる。
（１）Ｓｉ（１１１）−７×７表面上にＡｌナノクラスターアレーを形成させる工程；
（２）上記（テンプレートとしての）Ａｌナノクラスターアレー上に、熱蒸着機を用いてフタロシアニン又はフラーレンのような単一分子（又は有望分子）を堆積させる工程。
【０００８】
本発明は、また、上記製造方法を用いて得られる、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に形成された機能化された単一分子のアレーも提供する。すなわち、一つはＳｉ（１１１）−７×７表面上に形成されたＡｌナノクラスターアレー上のフタロシアニンアレーである。また他の一つは、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に形成されたＡｌナノクラスターアレー上のフラーレンアレーである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、フタロシアニンやフラーレンのような機能化された単一分子（有望分子）のアレーを製造することができる。
本発明で製造されるナノ構造体は、ナノ／原子スケールのナノエレクトロニック／スピントロニック／分子−エレクトロニック・デバイスの発展にとって非常に重要である。
【発明の実施の形態】
【００１０】
〔発明の更に詳しい説明〕
上で述べた製造方法における単一分子（有望分子）のように、その単一分子としてはテンプレートの周期の大きさに近いか概ね同じ大きさの分子が好ましく用いられる。そのような分子としては、例えば、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）や亜鉛フタロシアニン（ＺｎＰｃ）のようなフタロシアニンを挙げることができ、また、例えば、フラーレンを挙げることができる。ここで、本明細書における“フラーレン”とは、フラーレン（Ｃ６０）のみを意味するのではなく、エンドヘドラル・フラーレン及びその誘導体も意味する（Koichi Komatsu, et al.: Science, vol.307, 238 (2005)）。
Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、機能化された単一分子のアレーを製造するためには、先ずは、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、Ａｌナノクラスターアレーをつくらなければならない。
この場合、次の工程をこの順に行なって、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、Ａｌナノクラスターアレーをうまくつくることができる。
（i）Ｓｉ（１１１）サンプルを清浄にする（例えば、フッ酸溶液による洗浄）；
（ii）清浄にされたＳｉ（１１１）サンプルを、超高真空チャンバー内に置く；
（iii）超高真空チャンバー内の清浄Ｓｉ（１１１）サンプルを、超高真空チャンバー中、約６００℃で（例えば、数時間）脱気する；
（iv）約１１５０℃の基板温度で数回加熱することにより、清浄なＳｉ（１１１）−７×７表面を得る；
（v）欠陥の密度を下げるために、約８００℃で（例えば、３０分間）アニールする；
（vi）温度が２５０℃と５００℃の間に保たれたＳｉ（１１１）−７×７表面上に、電子ビーム蒸着機を用いて、Ａｌナノクラスターアレーを成長させる。
Ａｌナノクラスターアレーを成長させる上記工程（iv）において、サンプル温度は２５０℃〜５００℃の間に保たなければならない。もし、サンプル温度が低すぎると、大きな凝集したＡｌ粒子が、特にＳｉ表面の欠陥の近くに形成されるであろう。上記温度が５００℃を超えて高すぎると、ＡｌナノクラスターはＳｉ表面上を動き、他の表面相へと分解する。我々の研究では、完全なアルミニウムナノクラスター（テンプレート）の成長のためには４００〜４５０℃が最も好ましい温度範囲である。
次に、上記アルミニウムナノクラスターアレー（これをテンプレートとして）の上に、熱蒸着機によって有望分子を堆積させる。
【実施例】
【００１１】
上記方法によって、我々はＳｉ（１１１）−７×７表面上の、Ａｌナノクラスターアレーテンプレート上にフタロシアニン単一分子アレーを得ることに成功した。更に、我々はＳｉ（１１１）−７×７表面上の、Ａｌナノクラスターアレーテンプレート上にフラーレン単一分子アレーを得ることに成功した。
【００１２】
実験は、超高真空チャンバー（ベース圧が約１×１０−８Ｐａ）で操作されるＪＥＯＬ４５００型高温走査型トンネル顕微鏡を用いて行なった。ＳＴＭサンプルは、前記超高真空チャンバー中で、室温から約１２５０℃まで直流によって加熱することができ、温度は赤外線高温計でモニターできる。化学的にエッチングされたタングステン先端がＳＴＭ像の記録に使用された。電子ビーム蒸着機が、超高真空チャンバー中でのアルミニウムナノクラスターアレーの成長に用いられ、高度に整列されたアルミニウムテンプレート上へのフタロシアニン又はフラーレンの堆積には熱蒸着機が用いられた。
【００１３】
＜実施例１＞
アルミニウムテンプレート上での単一銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）分子アレー
（１）Ｓｉ（１１１）−７×７表面での、テンプレートとしてのアルミニウムナノクラスターアレーの形成
超高真空チャンバー中、Ｓｉ（１１１）サンプル（ｎ−ドープ）をフッ酸溶液で短時間洗浄し、約６００℃で数時間脱気した。清浄なＳｉ（１１１）−７×７表面は、約１１５０℃で数回フラッシュすることにより得られ、次いで、欠陥濃度を下げるために８００℃で３０分間アニールした（図１参照）。
アルミニウムは、４００℃で清浄なＳｉ（１１１）−７×７表面上に、０．２４−０．３ＭＬの被覆率で堆積した（ここで、１ＭＬとは、基質１原子当たり１原子の吸着を意味する）。図２に示されるように、大形の完全なアルミニウムナノクラスターアレーが、同一のサイズ及び間隔で形成された。これは、Ｓｉ（１１１）−７×７表面により支持された真に完全な２Ｄ（２次元）のアルミニウムナノクラスター結晶であった（図３参照）。
【００１４】
（２）アルミニウムナノクラスターテンプレート上でのＣｕＰｃアレーの調製
我々は、先ず、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、４００℃で約０．２４ＭＬのＡｌを堆積、すなわち、大形２次元アルミニウムナノクラスター結晶を形成させた（図４参照）。次に、これを冷却し、ＣｕＰｃ分子をそのアルミニウムテンプレート上に堆積させた。図５に示すように、ＣｕＰｃはアルミニウムクラスターの中心部に留まり、整列された単一分子パターンを形成した。
至適な堆積量では、アルミニウムテンプレート上で完全な単一ＣｕＰｃ分子アレーが作製できるであろう。
【００１５】
＜実施例２＞  
アルミニウムテンプレート上での自己組織化フラーレン単一分子アレー
（１）Ｓｉ（１１１）−７×７表面での、テンプレートとしてのアルミニウムナノクラスターアレーの形成
大形のアルミニウムナノクラスターアレーの調製の詳細は、上で記述した。 
【００１６】
（２）アルミニウムナノクラスターテンプレート上でのフラーレン単一分子アレーの調製
我々は、先ず、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上に、４５０℃で大形２次元アルミニウムナノクラスター結晶を形成させた（図６参照）、次いで、これを３８０℃まで冷却し、そのアルミニウムテンプレート（３８０℃）上にフラーレン分子を堆積させた。図７に示すように、フラーレン分子は６つのアルミニウムクラスターで囲まれる穴に留まることを好むようである。もっとも、整列した単一分子パターンを形成しているけれども、そのフラーレン分子は厳密には穴の中心には無い。
至適な堆積量では、アルミニウムテンプレート上で完全な単一フラーレン分子アレーが作製できるであろう。
【産業上の利用性の可能性】
【００１７】
（ａ）Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の整列した（高度に整列した）ＣｕＰｃ分子アレー
無機半導体表面上の有機分子のコンフォメーションを制御することは、材料科学ばかりでなく、新規なデバイス応用、例えば、有機／無機ハイブリッド用途等において、興味のあることである。フタロシアニンは、最も広く使われている有機分子（例えば、有機薄膜トランジスターにおける活性層として、あるいは光発生有機デバイスとして）の一つとして多くの注目を引いている。アルミニウムナノクラスターテンプレート上に形成されたフタロシアニン分子は、有機分子、例えば、ＣｕＰｃに基づくアレーデバイスに大変役立つであろう。
【００１８】
（ｂ）Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の整列した（よく整列した）フラーレン分子アレー
フラーレン、エンドヘドラルフラーレン及びその誘導体は優れた電子受容体であり、そのため、太陽電池や化学センサーのようなデバイス作製の有力な候補となりうる。もし、整列した（又はよく整列した）フラーレンナノ構造体が、技術的に重要なＳｉ表面に結合できれば、もっと興味深い性質が得られることも可能であり、デバイス作製に向けてこれを利用することも可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】用いた、処理前のＳｉ（１１１）−７×７表面のＳＴＭ像で、走査範囲：１８ｎｍ×９ｎｍ。白色部分はＳｉ原子を示し、暗色部分は穴を示す。
【図２】用いた、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の人工的Ａｌナノクラスター結晶のＳＴＭ像で、走査範囲：１８ｎｍ×９ｎｍ。白色部分はＡｌナノクラスターを示し、暗色部分は穴を示す。
【図３】用いた、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上の人工的Ａｌナノクラスター結晶のＳＴＭ像で、走査範囲：４８ｎｍ×４８ｎｍ。
【図４】用いた、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上のＡｌナノクラスターアレーのＳＴＭ像。走査範囲：１９．６×１９．６ｎｍ２、サンプル・バイアス：２．５Ｖ、トンネル電流：０．１５ｎＡ
【図５】Ｓｉ（１１１）−７×７表面のＡｌテンプレート上の銅フタロシアニン分子のＳＴＭ像。走査範囲：１９．６×１９．６ｎｍ２、サンプル・バイアス：２．５Ｖ、トンネル電流：０．１５ｎＡ
【図６】用いた、Ｓｉ（１１１）−７×７表面上のＡｌクラスターアレーのＳＴＭ像。ス走査範囲：２０×２０ｎｍ２、サンプル・バイアス：２．０Ｖ、トンネル電流：０．１ｎＡ
【図７】Ｓｉ（１１１）−７×７表面のＡｌテンプレート上のフラーレン分子のＳＴＭ像。走査範囲：２０×２０ｎｍ２、サンプル・バイアス：２．０Ｖ、トンネル電流：０．１ｎＡ
【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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【外国語明細書】
[Title of the Invention]  
A method for fabricating functionalized single molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces
[Field of the Invention] 
[0001]
This invention relates to a method for fabricating functionalized single molecule(or promising molecule) such as phthalocyanine or fullerene arrays on Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces. 
This invention also relates to the obtained phthalocyanine arrays or fullerene arrays on Al nanocluster arrays formed on Si(111)-7×7 surfaces.
[Background of the Invention]
[0002]
Fabrication of large-scaled and highly-ordered nanocluster arrays on solid surfaces has been an intensively attractive topic due to their potential applications in nanocatalysis, optical and electronic devices, single electron devices, ultrahigh density storage, quantum computing and cryptography.  Considerable efforts have been made to fabricate nanoclusters with uniform size and controllable spatial distribution by various methods, such as self-assembly in chemical synthesis, self-organization in heterogeneous strained thin film growth, and lithography methods. Recently, on the technologically important Si (111)surface, identically-sized metal cluster arrays have been fabricated from metals such as Tl(see non-patent ref. 1), Al(see non-patent ref. 2), Ga, In(see non-patent ref. 3), Ag, Na or Pb.
[0003]
In our previous study, by means of in situ high-temperature scanning tunneling microscopy (STM), the formation process and thermal stability of artificial Al nanocluster crystals on Si(111)-7×7surfaces has been investigated systematically(see non-patent ref. 4, 5). It was found that Al nanocluster crystals are thermally stable below 500oC. Therefore, due to the identical size of each nanocluster, periodic symmetry, single atom thickness, also its thermal stability, the perfect 2D nanocluster crystal can be used as a template or artificial interface for growing subsequent nanostructures.
[0004]
[non-patent ref. 1] 
L. Vitali et al.; Phys. Rev. Lett. 83, 316(1999).
[non-patent ref. 2] 
J. F. Jia et al.; Appl. Phys. Lett. 80, 3186(2002). 
[non-patent ref. 3] 
J. L. Li et al.; Phys. Rev. Lett. 88, 066101(2002).
[non-patent ref. 4] 
Run-Wei Li et al.; Nanotechnology, 17, 2018(2006).
[non-patent ref. 5] 
Run-Wei Li et al.; Appl. Phys. Lett. 89, 073116(2006).
[Disclosure of the Invention]
[Purpose or Motive of the Invention]
[0005]
Among the metals of Tl, Al, Ga, In, Ag, Na and Pb described above, especially for the case of Al, very large-scaled and nearly perfect Al nanocluster arrays with honeycomb structures can be fabricated under relatively mild conditions and every cluster consists of six Al atoms exclusively(see Fig. 2-3). In some aspects, such nanoclusters can be considered as artificial atoms. Correspondingly, the periodic lattice consisted by nanoclusters with completely identified size and spacing becomes artificial 2D nanocluster crystals. In other words, we think that in the 2D nanocluster crystals, Al nanocluster instead of single Al atom acts as the construction unit. Such identically-sized nanocluster arrays might be considered as promising materials for next generation micro-/nano-electronics.
[0006]
We tried to fabricate highly ordered nanostructures of functionalized molecules with suitable size by self-organization, using Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces as a template.  And then, we have succeeded in fabricating phthalocyanine or fullerene single molecule arrays on Al nanocluster template on Si(111)-7×7 surfaces, and completed this invention.
[Summary of the Invention]
[0007]
Namely, this invention provides a method for fabricating functionalized single molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces, the method comprising the following steps:
(1) Al nanocluster arrays are formed on Si(111)-7×7 surfaces;
(2) Single molecules(or promising molecules) such as phthalocyanine  or fullerene are deposited on the above Al nanocluster(as a template) arrays by thermal evaporators.
[0008]
This invention furthermore provides functionalized single molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces obtained by using the above method, namely one is phthalocyanine arrays on Al nanocluster template on Si(111)-7×7 surfaces, and the other is fullerene single molecule arrays on Al nanocluster arrays formed on Si(111)-7×7 surfaces.
[Effect of the Invention]
[0009]
According to the invented method, we can produce functionalized single molecule (promising molecule) such as phthalocyanine or fullerene arrays on Si(111)-7×7 surfaces. 
The fabricated nanostructures of this invention are critically important for developing nano/atomic scaled nanoelectronic/spintronic/molecule-electronic devices.
[Detailed Description of the Invention]
[0010] 
As the single molecules (or promising molecules) in the fabrication method mentioned above, we can preferably use molecules whose molecular size is near or around template periodicities. As such single molecules, we can give e.g. phthalocyanine such as copper phthalocyanine (CuPc) and zinc phthalocyanine(ZnPc), and then we can give e.g. fullerene. Here, “fullerene” in this specification means not only fullerene(C60) but also endohedral fullerene and their derivatives (Koichi Komatsu, et al.: Science 307, 238 (2005)).
In order to fabricate functionalized single molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces, we have to firstly prepare Al nanocluster arrays formed on Si(111)-7×7 surfaces.
Here, we can preferably produce Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces by the following steps in this order:
(i) Si(111) samples are cleaned (e.g. cleaning by HF acid solution);
(ii) The cleaned Si(111) samples are placed in the ultrahigh vacuum chamber;
(iii) The cleaned Si(111) samples in the vacuum chamber are degassed at ca. 600℃ (e.g. for several hours) in ultrahigh vacuum;
(iv) Clean Si(111)-7×7 surfaces are obtained by flashing to ca.1150℃ several times;
(v) They are annealed at ca. 800℃(e.g. for 30 min) to decrease the defect density; 
(vi) Al nanocluster arrays are grown on Si(111)-7×7 surfaces whose temperature is kept in between 250 and 500oC, using an e-beam evaporator.
In the step (vi) of Al nanocluster array growth, the sample temperature should be kept in between 250 and 500oC. If the sample temperature is too low, large aggregated Al particles will form especially near the Si surface defects. When the temperature is too high, i.e. over 500oC, the Al nanocluster will move the Si surface and decompose into other surface phase. According to our studies, 400-450oC is the most preferable temperature range for growing perfect Al nanocluster template.
Then, promising molecules are deposited on the above Al nanocluster arrays(as a template) by thermal evaporators.
[Examples]
[0011] 
By the above method, we have succeeded in obtaining phthalocyanine single molecule arrays on Al nanocluster template on Si(111)-7×7 surfaces. Additionally we have succeeded in obtaining fullerene single molecule arrays on Al nanocluster template on Si(111)-7×7 surfaces.
[0012]
The experiments were performed with a JEOL 4500 high temperature STM operated in an ultrahigh vacuum chamber (base pressure ca.1×10-8Pa). Samples can be heated from room temperature to ca.1250℃ in the STM chamber by direct current, and the temperature can be monitored by an infrared pyrometer. A chemically etched tungsten tip was used to record STM images. E-beam evaporators were used to grow Al nanocluster arrays in the STM chamber. Thermal evaporator was used to deposit phthalocyanine or fullerene on the high orderly Al template.
[0013]
<Example 1>  Single copper phthalocyanine(CuPc) molecule arrays on the Al template
(1) Fabrication of Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces as a template
Si(111) samples(n-doped) were cleaned briefly by HF acid solution and degassed at ca.600 ℃ for several hours in the ultrahigh vacuum chamber. Clean Si(111)-7×7 surfaces were obtained by flashing to ca.1150℃ several times and they were annealed at 800℃ for 30 min to decrease the defect density(see Fig.1). 
At 400℃, Al was deposited on the clean Si (111)-7×7surfaces with ca.0.24-0.3ML coverage (1ML=1 adsorbed atom per substrate atom). As shown in Fig.2, large-scaled perfect Al nanocluster arrays were formed with identical cluster size and spacing. It was a really perfect 2-D Alnanocluster crystal supported by the Si (111)-7×7 surface (see Fig.3). 
[0014]
(2) Fabrication of CuPc arrays on the Al nanocluster template
First, we deposited Al at 400℃ on Si(111) 7×7 surfaces, large-scaled 2D Al nanocluster crystals formed(see Fig.4), then the template was cooled down and CuPc molecules were deposited onto the Al template at room temperature. As shown in Fig.5, CuPc stays in the center of Al cluster and formed ordered single molecule pattern. 
At a suitable deposition amount, a perfect single CuPc molecule arrays on the Al template may be possibly fabricated.
[0015]
<Example 2>  Self-organized fullerene single molecule arrays on the Al template
(1) Fabrication of Al nanocluster arrays on Si(111)-7×7 surfaces as a template
The details of fabricating large-scaled Al nanocluster arrays have been described above. 
[0016]
(2) Fabrication of fullerene single molecule arrays on the Al nanocluster template
First, we deposited Al at 450℃ on Si(111) 7×7 surfaces, large-scaled 2D Al nanocluster crystals formed(see Fig.6), then the template was cooled down 380℃ and fullerene molecules were deposited onto the Al template 380℃. As shown in Fig.7, fullerene molecules prefer to stay in the “hole” surrounded by six Al clusters, though they are not in the exact center of the holes, and formed ordered single molecule pattern. 
At a suitable deposition amount, a perfect single fullerene molecule arrays on the Al template may be possibly fabricated.
[Industrial Applicability or Utility]
[0017]
(a) Ordered(or highly ordered) phthalocyanine molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces
Controlling the conformation of organic molecules on inorganic semiconductor surfaces is of interests in not only material science and also novel device applications, e.g. for organic/inorganic hybrid devices. phthalocyanine attracts much attention as one of the most widely used organic molecules, e.g. as active layers in organic thin-film transistors and organic light emitting devices. The phthalocyanine molecule arrays fabricated on the Al nanocluster template will impact on the array devices based on the organic molecules, i.e.CuPc.
[0018]
(b) Ordered(or highly ordered) fullerene molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces
Fullerene endohedral fullerene and their derivatives are outstanding electron acceptors, which make them good candidates for the fabrication of devices, such as solar cells and chemical sensors. If ordered(or highly ordered) fullerene nanostructures can be attached to the technically important Si surfaces, it may be possible to obtain more interesting properties and employ them toward fabricating devices. 
[Brief Description of drawings]
[0019]
[Fig. 1] STM image of used bare Si(111)-7×7 surfaces, 18 nm ×9nm. White parts show Si atoms, and dark parts show holes.
[Fig. 2] STM images of used artificial Al nanocluster crystals on Si(111)-7×7 surfaces, 18 nm ×9nm. White parts show Al clusters, and dark parts show holes.
[Fig. 3] STM images of used artificial Al nanocluster crystals on Si(111)-7×7 surfaces, 48 nm×48nm.
[Fig. 4] STM images of used Al cluster arrays on Si(111)-7×7 surface. The scanning size: 19.6×19.6nm2. Sample bias: 2.5V, Tunneling current: 0.15nA.
[Fig. 5] STM images of CuPc molecule arrays on Al template on Si(111)-7×7 surface. The scanning size: 19.6×19.6nm2. Sample bias: 2.5V, Tunneling current: 0.15nA.
[Fig. 6] STM images of used Al cluster arrays on Si(111)-7×7 surface. The scanning size: 20×20nm2. Sample bias: 2.0V, Tunneling current: 0.1nA.
[Fig. 7] STM images of fullerene molecule arrays Al template on Si(111)-7×7 surface. The scanning size: 20×20nm2. Sample bias: 2.0V, Tunneling current: 0.1nA.
1. A method for fabricating functionalized single molecule arrays on Si(111)-7×7 surfaces, the method comprising the following steps:
(1) Al nanocluster arrays are formed on Si(111)-7×7 surfaces;
(2) Single molecules such as phthalocyanine or fullerene are deposited on the above Al nanocluster arrays by thermal evaporators.
2. The method according to claim 1, wherein the above step (1) comprises the following steps in this order:
(i) Si(111) samples are cleaned;
(ii) The cleaned Si(111) samples are placed in the ultrahigh vacuum chamber;
(iii) The cleaned Si(111) samples in the vacuum chamber are degassed at ca. 600℃ in ultrahigh vacuum;
(iv) Clean Si(111)-7×7 surfaces are obtained by flashing to ca. 1150℃ several times;
(v) They are annealed at ca. 800℃ to decrease the defect density; 
(vi) Al nanocluster arrays are grown on Si(111)-7×7 surfaces whose temperature is kept in between 250 and 500℃, using an e-beam evaporator.
3. Phthalocyanine arrays on Al nanocluster arrays formed on Si(111)-7×7 surfaces.
4. Fullerene arrays on Al nanocluster arrays formed on Si(111)-7×7 surfaces.
[Abstract]
[Purpose]  A purpose of this invention is to provide a method for fabricating functionalized nanostructures made of single(or promising) molecules on Si(111)-7×7 surfaces.
[Summary]  Functionalized single(or promising) molecules arrays on Si(111)-7×7 surfaces can be fabricated via the following steps:
(1) Al nanocluster arrays are formed on Si(111)-7×7 surfaces; and
(2) Single molecules(or promising molecules) such as phthalocyanine  or fullerene are deposited on the above Al nanocluster(as a template) arrays by thermal evaporators.
[Typical figure]    Fig. 5
[Fig. 1]
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[Fig. 2] 
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[Fig. 3] 
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[Fig. 4] 
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[Fig. 5] 
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[Fig. 6] 
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[Fig. 7] 
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