(57)【要約】ナノレベルの配線用ワイヤーに用いることができるナノ配線用材料を提供する。電気抵抗率の異方性が高い分子単結晶を採用した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗率の異方性が高い分子単結晶。
【請求項２】
導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかであり、前記絶縁性分子は、芳香環とハロゲン原子を含む、分子単結晶。
【請求項３】
導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性部分は、分子量１５０〜８００の導電性分子が直列したものが１列〜１６列並列しており、前記絶縁性部分は、分子量５００〜１００００の絶縁性分子からなり、さらに、前記導電性分子と、前記絶縁性分子を含む溶液の電気分解により得られうる、分子単結晶。
【請求項４】
導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有する単結晶の超分子構造体からなり、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であるナノ配線用材料。
【請求項５】
単結晶からなり、前記単結晶は、導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性部分は、分子量１５０〜８００の導電性分子が直列したものが１列〜１６列並列しており、前記絶縁性部分は、分子量５００〜１００００の絶縁性分子からなり、さらに、前記導電性分子と、前記絶縁性分子を含む溶液の電気分解により得られたものであるナノ配線用材料。
【請求項６】
前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかである請求項４または５に記載のナノ配線用材料。
【請求項７】
単結晶からなり、前記単結晶は、導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかであり、前記絶縁性部分は、有機分子を含む化合物であるナノ配線用材料。
【請求項８】
前記絶縁性分子が、ベンゼン環とハロゲン原子を含む分子である請求項４〜７のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項９】
前記単結晶が、超分子構造体である請求項５〜８のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１０】
前記導電性分子が、フルバレン骨格を有する請求項４〜９のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１１】
前記導電性分子が、テトラセレナフルバレンである請求項１０に記載のナノ配線用材料。
【請求項１２】
前記絶縁性分子が、芳香族骨格を有する請求項４〜１１のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１３】
前記絶縁性分子が、アルキニル基を持つ芳香族である請求項１２に記載のナノ配線用材料。
【請求項１４】
前記絶縁性分子が、ハロゲン原子を含む請求項４〜１３のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１５】
前記絶縁性分子同士は、ハロゲン原子を介して結合している請求項１４に記載のナノ配線用材料。
【請求項１６】
前記絶縁性分子が２回対称を持つ、請求項４〜１５のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１７】
２以上の導電性部分が集束して、前記絶縁性部分に被覆されている請求項４〜１６のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１８】
少なくとも、前記導電性部分が並列した第１の層と第２の層とからなり、前記第２の層は、前記第１の層の上に前記第１の層の導電性部分と前記第２の層の導電性部分とが略直交するように積層されている、請求項４〜１７のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項１９】
前記第１の層と、前記第２の層が交互に積層している、請求項１８に記載のナノ配線用材料。
【請求項２０】
前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０７倍以上である、請求項４〜１９のいずれか１項に記載のナノ配線用材料。
【請求項２１】
絶縁性部分の厚みが１．０ｎｍ以上である、請求項４〜２０のいずれか１項に記載のナノ配線用材料
【請求項２２】
請求項４〜２１のいずれか１項に記載のナノ配線用材料を用いた電子素子。
【請求項２３】
導電性分子と絶縁性分子を含む溶液を、互いの分子の相互作用により超分子構造体とする工程を含む、請求項４〜２１のいずれか１項に記載のナノ配線用材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ナノレベルの電子素子に用いることができるナノ配線用材料、これに用いる単結晶、および、ナノ配線用材料を用いた電子素子、ならびに、ナノ配線用材料の製造方法に関する。
【背景技術】  近年の目覚しいエレクトロニクス化に伴い、様々なナノ配線用材料が検討されている。現在のエレクトロニクスに使われているナノ配線材料は、２次元面内での配線を基本としている。例えば、電子線リソグラフィーと、それに基づく多層回路技術や、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を使った集積回路技術などが知られている（Ｏｋａｗａ，Ｙｕｊｉ；Ａｏｎｏ，Ｍａｓａｋａｚｕ．Ｎａｔｕｒｅ，４０９，６８３−６８４（２００１）．）。しかし、２次元面内に配線を行う技術はいくらパターンを細かくしても素子の集積密度に限界がある。
また、従来から知られている微細加工技術では、平面基板に対して光や電子線を照射する必要があるため、光や物質が透過するためのスペースが要求され、必然的に一回の工程で一層しか回路の描画できなかった。
一方、例えば、Ｈ．Ｒ．Ｚｅｌｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄｓ，３５，７７（１９７４）では、結晶化することにより３次元周期性を持ったナノレベルのワイヤーを作製している。しかしながら、絶縁性を有する部分の性能や、配線用ワイヤーの相対配置が制御不可能等の理由により、ナノ配線用ワイヤーとしての可能性は、ほとんど見出せない。
【発明の開示】
本発明は上記課題を解決することを目的としたものであって、ナノレベルの配線用ワイヤーに用いることができる結晶性のナノ配線用材料を提供することを目的とする。
上記課題のもと、本発明者が鋭意検討を行った結果、分子間に働く弱い、可逆的な相互作用を集積して、分子を秩序ある集合体に組織化することにより得られる超分子を採用すれば、本発明の課題を達成できると考えた。すなわち、導電性部分の表面に、従来よりも絶縁性のはるかに高い絶縁性部分（配線用ワイヤーの絶縁性被膜）をつけた結晶を採用することにより、本発明を完成するに至った。このような手段を採用することにより、複雑な化合物を合成することなく、本発明のナノ配線用材料が得られる。具体的には、下記手段により、達成された。
１．電気抵抗率の異方性が高い分子単結晶。
２．導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかであり、前記絶縁性分子は、芳香環とハロゲン原子を含む、分子単結晶。
３．導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性部分は、分子量１５０〜８００の導電性分子が直列したものが１列〜１６列並列しており、前記絶縁性部分は、分子量５００〜１００００の絶縁性分子からなり、さらに、前記導電性分子と、前記絶縁性分子を含む溶液の電気分解により得られうる、分子単結晶。
４．導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有する単結晶の超分子構造体からなり、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であるナノ配線用材料。
５．単結晶からなり、前記単結晶は、導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性部分は、分子量１５０〜８００の導電性分子が直列したものが１列〜１６列並列しており、前記絶縁性部分は、分子量５００〜１００００の絶縁性分子からなり、さらに、前記導電性分子と、前記絶縁性分子を含む溶液の電気分解により得られたものであるナノ配線用材料。
６．前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかである４または５に記載のナノ配線用材料。
７．単結晶からなり、前記単結晶は、導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有し、前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上であり、前記導電性分子は、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかであり、前記絶縁性部分は、有機分子を含む化合物であるナノ配線用材料。
８．前記絶縁性分子が、ベンゼン環とハロゲン原子を含む分子である４〜７のいずれかに記載のナノ配線用材料。
９．前記単結晶が、超分子構造体である５〜８のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１０．前記導電性分子が、フルバレン骨格を有する４〜９のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１１．前記導電性分子が、テトラセレナフルバレンである１０に記載のナノ配線用材料。
１２．前記絶縁性分子が、芳香族骨格を有する４〜１１のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１３．前記絶縁性分子が、アルキニル基を持つ芳香族である１２に記載のナノ配線用材料。
１４．前記絶縁性分子が、ハロゲン原子を含む４〜１３のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１５．前記絶縁性分子同士は、ハロゲン原子を介して結合している１４に記載のナノ配線用材料。
１６．前記絶縁性分子が２回対称を持つ、４〜１５のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１７．２以上の導電性部分が集束して、前記絶縁性部分に被覆されている４〜１６のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１８．少なくとも、前記導電性部分が並列した第１の層と第２の層とからなり、前記第２の層は、前記第１の層の上に前記第１の層の導電性部分と前記第２の層の導電性部分とが略直交するように積層されている、４〜１７のいずれかに記載のナノ配線用材料。
１９．前記第１の層と、前記第２の層が交互に積層している、１８に記載のナノ配線用材料。
２０．前記絶縁性部分の抵抗率は、前記導電性部分の抵抗率の１０７倍以上である、４〜１９のいずれかに記載のナノ配線用材料。
２１．絶縁性部分の厚みが１．０ｎｍ以上である、４〜２０のいずれかに記載のナノ配線用材料
２２．４〜２１のいずれかに記載のナノ配線用材料を用いた電子素子。
２３．導電性分子と絶縁性分子を含む溶液を、互いの分子の相互作用により超分子構造体とする工程を含む、４〜２１のいずれかに記載のナノ配線用材料の製造方法。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の第１の実施形態の概念図を示す。図１中、１は導電性部分を、２は絶縁性部分を、３は導電性分子を、４は絶縁性分子をぞれぞれ示す。図２は、本発明の第２の実施形態の概念図を示す。図３は、本発明の第３の実施形態の概念図を示す。図３中、１は導電性部分を、２は絶縁性部分をぞれぞれ示す。図４は、実施例で採用する結晶構造の模型図を示す。図５は、本発明のナノ配線用材料の電流値と時間の関係を示す。
発明の詳細な説明
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。また、本発明でいう分子は、１以上の原子が互いに共有結合で結ばれた、化学的に安定な原子の集合体で、例えば、ハロゲン化物イオンなどの単原子分子も含む趣旨で使用される。
（１）導電性分子
本発明の導電性分子は、直列して、必要に応じて、直列した導電性分子がさらに並列して存在できるものであれば、特に定めるものではない。本発明では、導電性分子がマクロスケールでの規則性をもって並んでいることが極めて重要である。このように規則性を持って並べることができる結果、例えば、超分子の理論を応用して、その周囲を被覆する絶縁性部分を設けることが可能になり、結果として本発明のような密な構成の単結晶およびナノ配線用材料が得られる。
具体的には、本発明の導電性分子は、好ましくは、カチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩、有機金属錯体および含カルコゲン有機化合物からなる群から選択されるいずれかである。本発明で採用する導電性分子の分子量は、本発明の結晶を構成できる限り特に定めるものではないが１５０〜８００が好ましい。さらに、本発明で採用する導電性分子の抵抗率は、１０５Ωｃｍ以下であることが好ましく、１Ωｃｍ以下であることがより好ましい。
（１−１）カチオンラジカル塩
本発明のカチオンラジカル塩は、ドナー系分子を酸化して得られるものが好ましい。ドナー系分子は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、例えば、フルバレン骨格を有する化合物、ペリレン骨格を有する化合物を有する化合物が好ましく、フルバレン骨格を有する化合物がより好ましく、テトラセレナフルバレンがさらに好ましい。
（１−２）アニオンラジカル塩
本発明のアニオンラジカル塩は、アクセプター系分子を還元して、あるいは、負イオン系金属錯体を部分酸化して得られるものが好ましい。これらの中でも、アクセプター系分子を還元して得られるものが好ましい。
本発明のアクセプター系分子は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、７，７，８，８−テトラシアノキノンジメタン（ＴＣＮＱ）、ジシアノキノンジイミン（ＤＣＮＱＩ）および各種置換キノン類（クロラニル等）が好ましく、７，７，８，８−テトラシアノキノンジメタン（ＴＣＮＱ）およびジシアノキノンジイミン（ＤＣＮＱＩ）がより好ましい。
一方、負イオン系金属錯体は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、ジチオレン金属骨格を有する化合物（Ｍ（ｄｍｉｔ）２）（Ｍは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）、Ｍ（ｍｎｔ）２（Ｍは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）およびフタロシアニン錯体が好ましく、ジチオレン金属骨格を有する化合物（Ｍ（ｄｍｉｔ）２）（Ｍは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）がより好ましい。
また、上記（１−１）で例示した化合物であって、アニオンラジカル塩に該当するものも好ましく採用することができる。
また、これらアクセプター分子と、上記（１−１）で例示したドナー分子との電荷移動錯体についても好ましく採用することができる。
（１−３）有機金属錯体
本発明の金属錯体は、負イオン系金属錯体を中性になるまで酸化して得られるものが好ましい。ここで用いることができる負イオン系金属錯体は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、特に定めるものではなく、広く公知のものを採用できる。具体的には、Ｎｉ（ｔｍｄｔ）２が挙げられる。
また、上記（１−１）〜（１−２）で例示した化合物であって、金属錯体に該当するものも好ましく採用することができる。
（１−４）含カルコゲン有機化合物
本発明の含カルコゲン有機化合物は、セレン原子または硫黄を含む有機化合物が好ましい。
セレン原子を含む有機化合物としては、環状化合物を有するものが好ましく、例えば、フルバレン骨格およびペンタレン骨格を有するものが挙げられ、フルバレン骨格を有するものが好ましい。
硫黄を含む有機化合物としては、硫黄を含むヘテロ環骨格を有する化合物がより好ましく、例えば、チオフェン骨格、ジチオフェン骨格、チアゾール骨格、チアン骨格および／またはジチアン骨格を有するものが挙げられる。本発明の硫黄を含む有機化合物の好ましい例としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）骨格を有する化合物やジチオレン金属骨格を有する化合物（Ｍ（ｄｍｉｔ）２）（Ｍは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）が挙げられる。テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）骨格を有する化合物としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）、エチレンヂチオテトラチアフルバレン（ＥＤＴ−ＴＴＦ）およびビス（エチレンヂチオ）テトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）が好ましく、エチレンヂチオテトラチアフルバレン（ＥＤＴ−ＴＴＦ）がより好ましい。
また、上記（１−１）〜（１−３）で例示した化合物であって、含カルコゲン有機化合物に該当するものも好ましく採用することができる。
（２）絶縁性分子
本発明の絶縁性分子は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、好ましくは、炭素−炭素２重結合とハロゲン原子を含む分子、または、芳香環（より好ましくは、ベンゼン環）と、ハロゲン原子とを含む分子である。
また、本発明で採用する絶縁性分子の分子量は、本発明の結晶を構成できる限り特に定めるものではないが、３００〜３０００が好ましい。さらに、本発明で採用する絶縁性分子の抵抗率は、１０１０Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０１３Ωｃｍ以上であることがより好ましい。
本発明の絶縁性分子に含まれる炭素−炭素２重結合としては、エチレンが好ましい。そして、本発明の炭素−炭素２重結合とハロゲン原子を含む分子としては、上記炭素−炭素２重結合を有する鎖を主鎖とし、その水素原子がハロゲン原子で置換されているものが好ましい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子を含むものが好ましく、フッ素原子および／またはヨウ素原子を含むものがより好ましい。
本発明のベンゼン環と、ハロゲン原子とを含む分子に含まれるベンゼン環としては、１つのベンゼン環のみ、あるいは、２つ以上のベンゼン環が１または２以上の単結合によって結合したものが好ましく、ビフェニル骨格を有するものがより好ましい。また、これらのベンゼン環によって構成される炭素数は、２０以上であることが好ましく、２０〜８０であることがさらに好ましい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子を含むものが好ましく、フッ素原子および／またはヨウ素原子を含むものがより好ましい。
さらに、本発明のベンゼン環と、ハロゲン原子とを含む分子は、３重結合を有することが好ましく、炭素−炭素３重結合であることがより好ましい。特に、前記ベンゼン環（もしくは、ベンゼン環を含む骨格部分）の置換基として、炭素−炭素３重結合を有している分子が好ましい。このような置換基としては、アルキニル基が好ましく、エチニル基がより好ましい。さらに、これらのアルキニル基は、ハロゲン原子で置換されていていることが好ましい。
本発明の絶縁性分子は、さらには、芳香環（より好ましくは、ベンゼン環）とハロゲン原子とを含む化合物であって、３重結合、ビフェニル骨格を有する化合物、炭素数２０以上の有機化合物、フッ素を含む化合物、２回対称を持つ化合物、および、強い分子間相互作用を有する化合物のいずれか１以上を満たす分子が好ましい。このような絶縁性分子として、ハロゲン化アルキルビフェニル、アミド、カルボン酸等が好ましく、具体的には、２，２’，４，４’，６，６’−ヘキサフルオロ−３，３’，５，５’−テトラヨードエチニルビフェニル、２，２’６，６’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシカルボニル−３，３’，５，５’−テトラキスヨードエチニルビフェニル等が好ましい例として挙げられる。
（３）導電性分子と絶縁性分子からなる単結晶
（３−１）  本発明の単結晶は、電気抵抗率の異方性が高い分子単結晶である。ここで異方性が高いとは、互いに略直交する方向に対して電気抵抗率を測定した時に、その値の比が好ましくは１０００００倍以上、より好ましくは１０７倍以上であることをいう。
より具体的には、導電性分子が直列した導電性部分と、前記導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分とを有し、絶縁性部分の抵抗率は、導電性部分の抵抗率の１０００００倍以上である分子単結晶である。
好ましい導電性分子と絶縁性分子組み合わせとしては、上記要件を満たす限り特に定めるものではないが、例えば、抵抗率が１０−５Ωｃｍ〜１００Ωｃｍの導電性分子と、抵抗率が１０８Ωｃｍ〜１０１５Ωｃｍの絶縁性分子との組み合わせ、および／または分子量が１５０〜８００の導電性分子と、分子量が５００〜１００００の絶縁性分子との組み合わせの関係にあるものが好ましい。
本発明の結晶は、絶縁性分子同士がハロゲン原子を介して結合しているのが好ましく、この場合のハロゲン原子としては、臭素原子およびヨウ素原子のいずれか１以上を介して結合しているのが好ましく、少なくともヨウ素原子を介して結合しているのがより好ましい。なお、ここでいうハロゲン原子は、絶縁性分子に含まれるものである。
本発明の結晶中の導電性分子と絶縁性分子の構成比（モル％）は、１０〜９０：９０〜１０が好ましく、２０〜７０：８０〜３０がより好ましい。さらに、本発明の分子は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、本発明でいう導電性分子および絶縁性分子のいずれにも相当しない分子（または原子）を含んでいても良い。この場合、該分子（原子）は、結晶全体の５０モル％以下であることが好ましい。
尚、本発明の結晶は、例えば、ナノ配線用材料に用いることができる程度に結晶性を保っていれば良く、そのような範囲内であれば周期性が完全でないものも含まれる趣旨である。また、本発明の結晶は、超分子構造体（Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）であることが好ましい。
また、本発明のナノ配線材料は、単結晶から構成され、超分子構造体から構成されるものが好ましい。
さらにまた、本発明の絶縁性部分の厚みは、１．０ｎｍ以上であるのが好ましい。このような範囲とすることにより、ワイヤー間の漏れ電流をごく微量にとどめることができる。
（３−２）本発明のナノ配線用材料の製造方法
本発明のナノ配線用材料は、例えば、超分子の理論を応用することにより作製することができる。具体的には、本発明のナノ配線用材料では、分子の自己組織化、あるいはクリスタルエンジニアリング（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）という概念を用いて、構成分子が結晶化する際に自動的にワイヤー状の構造を作り出すという手法を採ることができる。すなわち、絶縁膜部分を構成する分子と導電性部分を構成する導電性分子は、非共有性の結合（例えば、ハロゲン結合）で強く結びつけられている。すなわち、従来から知られている、白金錯体のような一次元のワイヤーがただ単純に結晶化したものとは全く異なる。そして、本発明では、分子の構成の設計が可能であるため、絶縁膜部分を厚くしたり、導電性部分を太くしたり、また、ワイヤー状の配線の相対配置を制御することができる。
例えば、電子技術総合研究所彙報  第５６巻  第４号  第６頁に記載の方法を採用して作製することができる。
本発明の結晶の製造方法は、具体的には、導電性分子と、絶縁性分子、必要に応じて他の分子を溶媒に溶解し、得られた溶液を電極上で電気分解する方法を好ましく採用することができる。
他の分子としては、ハロゲン化物イオンやジブロモアウレートが好ましい例として挙げられ、塩化物イオン（例えば、テトラフェニルホスホニウムクロリド）がより好ましい。
電気分解に用いる溶媒は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に定めるものではないが、好ましくは、エタノール、メタノール、クロロベンゼンおよびジクロロメタンならびにこれらの混合液である。
電気分解の方法としては、電極間に電圧をかけることにより電気分解することができる。電気分解のための電圧は、１〜２５Ｖが好ましい。
電気分解に用いる電極の材料は、特に定めるものではなく、例えば、金（Ａｕ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タリウム（Ｔａ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）等、ならびに、これらを組み合わせたものを好ましく採用できる。
（４）ナノ配線用材料
以下、図面に従って、本発明のナノ配線用材料の好ましい実施形態について説明する。図１（ａ）は、本発明のナノ配線用材料の第１の実施形態の概念図を示したものであって、１は導電性分子が直列した導電性部分を、２は導電性部分を被覆する絶縁性分子からなる絶縁性部分を示している。ここで、図１（ｂ）に示すとおり、第１の実施例において、導電性分子３は、分子が一列に並んでワイヤー状となっており、その周囲を絶縁性分子４が取り囲んだ状態となっている。そして、導電性分子と絶縁性分子は結合して結晶を構成している。
このような構成とすることにより、導電性分子が連なった方向には高い導電性を示し、これと垂直な方向（図１の矢印の方向）には、極めて高い絶縁性を有することになる。さらに、導電性分子と絶縁性分子を含む結晶を採用することにより、次に述べる第２の実施形態のように複数のナノ配線用材料から構成しても、それぞれのナノ配線用材料間の絶縁性を飛躍的に高めることができる。さらに、結晶として構成できるため、ナノ配線用材料同士の間の相対配置を制御する際の規則性が非常によい。
図２は、本発明のナノ配線用材料の第２の実施形態の概念図を示したものであって、第１の実施形態のナノ配線用材料を並列させて第１の層とし、次に、第１の層のナノ配線用材料の導電性部分に略直交するようにナノ配線用材料を積層して第２の層とし、さらに、必要に応じて、第２の層のナノ配線用材料の導電性部分に略直交するようにナノ配線用材料を積層し、以下、ナノ配線用材料の層を積層したものである。すなわち、ナノ配線材料の導電性部分が層毎に直交するよう積層されている。
本実施形態のように、ナノ配線用材料を略直交化させるためには、絶縁性分子として、直交する２回対称分子を採用するとよい。例えば、以下に示す化合物が好ましい。
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ここで、略直交とは、例えば、電子素子として用いることができる程度に垂直なことをいい、必ずしも、正確に直交していることを要求する趣旨ではないことを意味する。
このような構成とすることにより、実際に電子素子の配線用ワイヤーとして機能させることができる。
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上記第１の実施形態の導電性部分では、導電性分子の列が一列のみであったが、本実施形態では、導電性分子の列を複数列とすることにより、分子列が切れてしまった場合に対応が可能となりより好ましい。導電性分子の列の数は２〜１６が好ましい。さらに、本実施形態のナノ配線用材料を用いて、上記第２の実施形態の構成とすることも可能である。
本発明では、第１の実施形態のようなナノ配線用材料同士を、例えば、第２の実施形態のように任意に整列させたり、接点を作ったりする作業が容易にできるようになった。また、導電性部分がむき出しのままでないため、導電性部分同士が接触して短絡してしまうといったこともなくなった。すなわち本発明は、結晶性を使った大規模で規則的な配置が可能であり、大いに利用価値がある。
さらに、本発明のナノ配線用材料は、三次元空間で配列させることができる。例えば、カーボンナノチューブを始めとするナノ配線用材料の研究や現在の半導体技術は基本的に二次元面内での配線を前提としており、三次元的な広がりが無い。それに対して本発明では結晶の周期性を利用してナノ配線用材料の整列を行っているので三次元的に配列が可能である。これは単位体積に詰め込むことのできる素子の数を考えたときに非常に大きな違いとなる。仮に、配線技術の分解能が一次元あたり１００００あったとすると、二次元平面で素子を並べた場合には１００００２＝１０８ｂｉｔ＝１００メガビットの素子が配置可能であるのに対し、三次元空間で素子を並べた場合には１００００３＝１０１２ｂｉｔ＝１テラビットの素子を埋め込むことができ、飛躍的にその数が向上する。従って、本発明は極めて優位である。
【実施例】  以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
（１）導電性分子として、テトラセレナフルバレン（ＴＳｅＦ＝ｔｅｔｒａｓｅｌｅｎａｆｕｌｖａｌｅｎｅ）を用い、絶縁性分子として、２，２’，４，４’，６，６’−ヘキサフルオロ−３，３’，５，５’−テトラヨードエチニルビフェニル（ＨＦＴＩＥＢ）を用いた。
結晶は、（ＴＳｅＦ）Ｃｌ（ＨＦＴＩＥＢ）とした。この結晶は、導電性分子（ＴＳｅＦ）によって、ナノメートルスケールのワイヤー構造（例えば、太さ１ｎｍ、長さ１〜９ｍｍのワイヤー構造）を持ち、絶縁性分子（ＨＦＴＩＥＢ）によって、ワイヤー間の抵抗率は、１０１３Ωｃｍにも達する。これは、現在電子製品の基板に使われているエポキシ樹脂などと同レベルの絶縁性である。
（２）ＴＳｅＦ分子の合成
ＴＳｅＦの合成は、Ｅ．Ｍ．Ｅｎｇｌｅｒ  ａｎｄ  Ｖ．Ｖ．Ｐａｔｅｌ，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，ｖｏｌ．９６，７３７６（１９７４）に示す方法に従って行った。
（３）ＨＦＴＩＥＢの合成
ＨＦＴＩＥＢ分子は、下記合成経路により合成した。
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まず、トリフルオロベンゼンを、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の存在下で反応させて、ヘキサフルオロビフェニルとし、さらに、硫酸の存在下でヨウ素付加し、トリメチルシリルアセチレンを導入し、トリメチルシリル基（ＴＭＳ）をヨウ素置換し、ＨＦＴＩＥＢを得た。
（４）（ＴＳｅＦ）Ｃｌ（ＨＦＴＩＥＢ）結晶の作製
ＴＳｅＦ  １０ｍｇ、テトラフェニルフォスホニウムクロリド（ＴｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｏｎｉｕｍＣｈｌｏｒｉｄｅ）２０ｍｇ、ＨＦＴＩＥＢ８０ｍｇ、メタノール２ｍｌ、クロロベンゼン１８ｍｌをＨ型セルに入れ、白金電極により２週間、定電流電気分解を行った。その結果、正電極上に（ＴｓｅＦ）Ｃｌ（ＨＦＴＩＥＢ）の単結晶が成長した。結晶構造は、Ｘ線回折により行った。格子定数は、Ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ，Ｐ２／ａ，Ｚ＝１，ａ＝２０．４８１，ｂ＝４．０７３，ｃ＝２０．１５９Å，・＝１０８．７５ｏ，Ｖ＝１５９２．４Å３，Ｒ＝０．０４４，ＧＯＦ＝１．０４５であった。
また、結晶の模型を図４（ａ）および（ｂ）に示した。図４（ｂ）において、点線はハロゲン結合を示す。
（５）抵抗率測定
図４におけるｂ軸方向の抵抗率測定は通常の４端子法にて行った。また、図４のｃ軸方向の抵抗率測定は基本的に２端子法で行ったが、表面電流の影響を除くために片方の電極の周りにはガード電極を設けて行った。測定機器はケースレー社製の４２００−ＳＣＳというパラメーターアナライザーと、ロックゲート社製特注治具を用いて行った。非常に抵抗率が高いため、試料のキャパシタンスを飽和させる時間を十分にとって測定を行った。
ＴＳｅＦ（＝ｔｅｔｒａｓｅｌｅｎａｆｕｌｖａｌｅｎｅ）が重なった方向（ｂ軸）には低い抵抗率（１０５Ωｃｍ）を示し、それと垂直なｃ軸方向には非常に高い絶縁性を示した。ｂ軸方向とｃ軸方向における抵抗率の比は約１００００００００倍であった。
印可電圧は２００Ｖ、１００Ｖ、０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖと変化させて、線形性があることを確認した。測定結果を図５に示した。
【産業上の利用可能性】  本発明のナノ配線用材料は、電子素子として、エレクトロニクスの分野で広く利用することができる。具体的には、半導体やディスプレイ、記録装置等に利用することができる。
【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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【国際調査報告】
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