(57)【要約】第２の基板（４）上に有機分子を配置し、或いは、有機分子層を形成し、第１の基板（１）上に形成された所望のパターン上に剥離材（２）を塗布し、前記剥離材（２）上に電極材料（３）を付着させ、第１の基板（１）の電極材料（３）が付着された面と、前記第２の基板（４）上の有機分子が配置された面とを密着させて前記電極材料（３）を前記第２の基板（４）上に転写する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電極の製造方法は、
第１の基板上に有機分子を配置し、或いは、有機分子層を形成し、
第２の基板上に形成された所望のパターン上に剥離材を塗布し、
前記剥離材上に電極材料を付着させ、
第２の基板の電極材料が付着された面と、前記第１の基板上の有機分子の配置面又は有機分子層の形成面とを密着させて前記電極材料を前記第１の基板上に転写する。
【請求項２】
請求項１に記載の微小電極製造方法において、前記剥離材上に電極材料を蒸着により付着させた。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微小電極製造方法において、前記電極材料が金又は白金である。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の微小電極製造方法において、前記転写を行う場合の前記基板に対する圧力は、略１００００Ｎである。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微小電極製造方法において、前記転写は、第１と第２の基板を密着させて徐々に圧力を加え、最大圧力で所定時間保持した後、徐々に前記第１と第２の基板を離すことを含む。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の微小電極製造方法により作製した微小電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はナノスケールの微小電極の製造方法及びその製造方法によって作製された微小電極に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、微細加工技術・分子合成技術の発達により、単体もしくは数個の分子の機能を用いたデバイスの作製が求められている。有機分子は機能を示す最小の単位であり、合成化学の技術により様々な特性を有する分子をアボガドロ数単位で大量生産できるという利点が有る。そして、分子は、その構造により基板上で自己組織化構造と呼ばれる特徴的な自己集合構造をとることが知られている。また基板上への展開条件により、ナノスケールを有する分子構造（以下、「ナノ分子構造」或いは、単に「分子構造」と称する）を配向・配列制御ができるなど、基板上の分子構造に関して表面科学は大きなバックグラウンドを持っており、分子デバイスへの技術応用が有望である。【０００３】  このようなナノ分子構造を直接利用したデバイスを作製するためには、このナノ分子構造のサイズを下回るような間隙幅を持つ電極（本明細書において、このような微小な電極を総称して「微小電極」と称する）が必要である。【０００４】  微小電極の作製には、ボトムコンタクト型とトップコンタクト型と呼ばれる２つの方法がある。
ボトムコンタクト型は、基板上に電極構造を作製し、その後、電極上に分子構造を展開する方式であり、トップコンタクト型は、分子構造を基板上に展開した後に、電極構造を作製する方式である。なお、ボトムコンタクト型とトップコンタクト型とを比較すると、トップコンタクト型の方が、電気伝導度が高いという報告がある（非特許文献１参照）。従って、電極を分子構造より先に作製するか、或いはその後に作製するかは非常に重要な問題である。特に、ナノ分子構造の形成に影響が少なく、ナノ分子構造と同程度のギャップサイズを有するトップコンタクト型のナノギャップ電極は、分子構造を平坦な基板表面に展開した構造を利用した分子デバイスにとって非常に有用であると考えられる。また、ボトムコンタクト型については、電極と基板との間に段差ができるため、電極の上に置いた分子構造が変形してしまい、分子本来の機能が発揮されない（図７参照）。更に、有機分子は、溶液から電極上に展開されることが多いが、段差があると、その部分に溶液がたまり、溶媒が蒸発した後に、分子の凝集体が残ってしまう。これにより。ここの分子が分散した状態で、電極に接続することができず、分子スケールデバイスを形成するときの大きな障害になる。また、ボトムコンタクト型においては、電極と分子の自己組織化構造との親和性が、場所によって異なる場合があり、これにより、電極上の自己組織化構造の展開が出来ないという問題も生じる。従って、トップコンタクト型のように、平坦な基板上に分子構造を置き、その上に電極を形成することで、分子の変形や電極エッジにおける分子凝集を避けることが必要である。しかし、シリコン半導体で利用されてきた微細加工技術では、電極形成に、レジスト、電子線照射、エッチング工程などの激しい反応条件を用いるため、有機分子はこれらの工程に耐えることができない。【０００５】  このような、条件を用いることなく電極を形成する方法として、トップコンタクト型の電極（金電極）を転写によって作製する方法が非特許文献２に記載されている。
この方法では、まず、一方の基板にパターンを形成して、その上に金を蒸着により堆積する。他の基板上にはＳｉＯ２を形成し、その上にＳＡＭ（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）としてＭＰＴＭＳ（３−ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．製）を形成している。そして、Ｓ（硫黄）と金の結合力を利用して、金を他方の基板に転写している。この場合において、電極である金を転写するために、他方の基板に化学処理を行うと、分子と化学物質とが反応する可能性があるので、注意が必要である。
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８２（２００３）７９３．
【非特許文献２】Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．２００２，１２４，７６５４−７６５５
【発明の開示】
【０００６】  本発明は、分子に影響を与えずに良好な微小電極を製造する方法及びその製造方法によって作製された微小電極を提供することを目的とする。
【０００７】  本発明の局面に係る発明は、第１の基板上に有機分子を配置し、第２の基板上に形成された所望のパターン上に剥離材を塗布し、前記剥離材上に電極材料を付着させ、第２の基板の電極材料が付着された面と、前記第１の基板上の有機分子が配置された面とを密着させて前記電極材料を前記第１の基板上に転写することを特徴とする。これにより、熱、有機溶剤、化学反応など分子を劣化させるプロセスを用いることなく、トップコンタクト型の電極を形成することができ、そのプロセスは、極めて簡単である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の手順で作製された５００ｎｍのライン幅を有する電極例を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａから図１Ｅの手順で作製された５００ｎｍのライン幅を有する電極例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１の方法で作製した微小電極のパターン例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１の方法で作製した微小電極のパターン例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、１つの電極パターンについて、その端部間の電気特性を測定した図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、１つの電極パターンについて、その端部間の電気特性を測定した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、電極の形成前に分子構造（ナノチューブ）を分散固定化（配置）した場合の電気抵抗を測定するための回路構成を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの回路で測定した結果を示す図である。
【図６】図６は、ナノチューブと電極の接続形態を示す図である。
【図７】図７は、ボトムコンタクト型の電極製造の問題点を説明するための図である。
【図８】図８は、有機物（ポリアニリン）上へ本実施形態による製造方法で転写した電極の光学顕微鏡像を示す図であって、（ａ）は電極の光学顕微鏡像を示す図、（ｂ）は（ａ）の中心付近を拡大して示した図である。
【図９】図９は、サファイア上へ本実施形態による製造方法で転写した電極の光学顕微鏡像を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１Ａから図１Ｅは、本発明の一実施形態に係る微小電極の製造方法の流れを示す図である。なお、本発明では、トップコンタクト型の微小電極を対象としている。そして、非特許文献２と同様に、転写による電極形成を行うようにしている。
まず、電極転写用の型となる基板１（以下、「第１の基板」と称する）と、被転写用の基板４（以下、「第２の基板」と称する）を用意する。次に、第１の基板１の片方の面にパターンを形成する（モールド作製：図１Ａ）。なお、パターンは、例えば、Ｓｉ基板に電子ビームリソグラフィで形成する。ここで、第２の基板４の一方の面にあらかじめ分子構造を配置しておく。なお、分子構造の配置に代えて、第１の基板１の片方の面に分子層を形成しても良い。【００１０】  次に、電極材料が第２の基板４に転写され易くするように、形成されたパターン上に剥離材２をスピンコートで塗布した（剥離材塗布：図１Ｂ）後に、電極材料を剥離材２上に付着させる（電極材料付着：図１Ｃ）。【００１１】  そして、第１の基板１の電極材料３を付着させた面と、第２の基板４の分子構造を配置した面とを圧着させて、電極材料３を第２の基板４に転写させる（転写：図１Ｄ）。これにより、トップコンタクト型の電極が形成できる（図１Ｅ）。【００１２】  上記の方法によって作製する電極材料３には次の条件が必要である。
（ａ）酸化しないこと：モールドに薄い金の層を形成して、これを転写するため、酸化されないことが必要条件である。
（ｂ）延性に優れること：ナノサイズの転写を実現するためには、極めて延性に優れ、基板のナノサイズの凹凸に沿って、金属電極が転写・圧着される必要がある。【００１３】  上記条件を最もよく満たす材料として金がもっとも好ましいが、金に限らず、例えば、白金、銅、アルミニウムなどが使用可能である。また、電極材料３として金を用いることにより、チオール基を有する自己組織化膜を利用して、電極の基板上への定着性を増すことができる。類似反応は白金やパラジウムなどの貴金属、銅などでも方向されているが、現状では金とチオールの反応が最もよく研究されている金属と有機分子層を結びつける反応である。【００１４】  上記の方法を用いて実際に電極を作製した。電極材料３として、金を用いた。具体的な作製方法は以下のとおりである。【００１５】（１）モールド作製：Ｓｉ基板を用意し、表面に２００ｎｍのＳｉＯ２膜を形成した。ＳｉＯ２膜上に電子ビームリソグラフィによりパターンを形成した。なお、パターン形成は、電子ビームリソグラフィに限らず、その他の公知の半導体技術（エッチングなど）を用いても良い。【００１６】（２）剥離材塗布：パターンに剥離材２（ｏｐｔｏｏｌＩＤＳＸ（剥離材源液）：Ｄｅｍｎｕｍｓｏｌｖｅｎｔ（溶媒）＝１：１０００；ダイキン工業製）を塗布した。この場合、図１Ｂの凹部と凸部にくまなく剥離材２が塗布されるようにすることが好ましい。【００１７】（３）電極材料付着：電極材料３として金を蒸着により４０ｎｍ剥離材２上に付着させた。この場合において、電極材料３の付着は、スパッタリング等による付着方法を採用可能であるが、電極材料３の転写時におけるバリなどを少なくするために、パターンの凹部（溝部）の側壁に電極材料３が付着しないような方法を採用することが好ましい。従って、電極材料３の第１の基板１への付着方法として、蒸着による付着方法を採用することが好ましい。【００１８】（４）転写：電極材料３を第２の基板４に転写するために、電極材料３の付着面と分子構造を配置した面とを圧着させた。圧着は、１分かけて１００００Ｎ（これに限らず、分子構造を破壊しない程度の圧力であればよい）まで昇圧し、３分間保持することによって行った。なお、温度は室温（２５℃）とし、空気中の分子や塵埃などの影響がなるべく出ないように低真空（１０−３Ｔｏｒｒ程度）中の環境で行った。【００１９】（５）完成：電極材料３が第２の基板４に欠陥がないように転写されるように、１分かけて徐々に第１の基板１と第２の基板４とを離した。【００２０】  上記の手順で作製された５００ｎｍのライン幅を有する電極を図２Ａ及び図２Ｂに示す。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、図２Ａは光学顕微鏡で観察した電極パターン像であり、図２ＢはＡＦＭ（原子力間顕微鏡）で観察した電極パターン像である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、上記の方法で作製された電極は、分子構造（ＤＮＡ）の破壊もなく、欠陥がないことがわかる。このように、基板上に配置した微細なＤＮＡ分子を破壊することなく、微小電極を作製することが可能である。【００２１】  図３Ａ及び図３Ｂに上記の方法で作製した微小電極のパターン例を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいても、図３Ａが光学顕微鏡像であ���、図３ＢがＡＦＭ像である。この電極パターンを使用して、電気特性を測定した。【００２２】  図４Ａ及び図４Ｂは、１つの電極パターンについて、その端部間の電気特性を測定した図である。図４Ａは、測定回路図であり、図４Ｂは測定結果を表すグラフである。なお、図４Ａのグラフにおいて、縦軸は電流値であり、横軸はバイアス電圧である。図４Ｂより、電極の電気抵抗は約１キロオームであり、そのときのＩ−Ｖ曲線は良好なオーミック特性を示している。隣接する電極間の電気抵抗は、図示しないが、測定限界よりも高い値を示した。【００２３】  図５Ａ及び図５Ｂは、電極の形成前に分子構造（ナノチューブ）を分散固定化（配置）した場合の電気抵抗を測定した結果を示す。なお、図６は、ナノチューブと電極の接続形態を示す図である。図５Ａは、測定回路図であり、図５Ｂは測定結果を表すグラフである。なお、図５Ｂのグラフにおいて、縦軸は電流値であり、横軸はバイアス電圧である。図５Ｂより、ナノチューブの電子物性を反映して、エネルギーギャップが観測された。【００２４】  図８は、有機物（ポリアニリン）上へ本実施形態による製造方法で転写した電極の光学顕微鏡像を示す図である。図８において、（ａ）は電極の光学顕微鏡像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の中心付近を拡大して示した図である。また、図９は、サファイア上へ本実施形態による製造方法で転写した電極の光学顕微鏡像を示す図である。図８と図９に示すように、本発明の実施形態によれば、極めて微小な電極、例えば、ナノスケールの電極を様々な材料上に転写することが出来る。【００２５】  本発明の実施形態によれば、上記のように形成された微小電極は良好なオーミック特性を有するので、電極として十分に使用可能である。また、分子構造を破壊することなく、電極を形成することができる。また、本実施形態で作成した微小電極は、接触抵抗が極めて小さく、電力損失の少ない配線が実現できる。従って、本発明によって、良好なトップコンタクト型の微小電極を作製することができる。このように、本発明の実施形態に係る微小電極及びその製造方法によれば、前記したような従来の問題点を解決することが出来る。なお、分子エレクトロニクスは、紙のように折り曲げ可能なコンピュータや脳のようなネットフーク型情報処理を行う新しい計算システムなどへ応用されようとしている。本発明は、これら分子デバイス全てを支える根幹の技術にかんするもので、用途は分子を用いるデバイス全般に渡り、その可能性は極めて広い。【００２６】  本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。
上記の実施形態では、電極作製時に１つずつモールドを作製した場合について説明している。基本的にモールドは使い捨てで、上記の実施形態では、１回の転写の度に１から作製する必要がある。そのため、テンプレートを作製しておき、ＰＤＭＳなどの一般的なポリマー材料に型を移してモールドを量産し、このモールドの上に剥離材を塗布し、金蒸着を行って転写することが好ましい。これにより、１つのテンプレートから多数のモールドを安価かつ簡便に作ることができる。
また、第１の基板として、半導体基板（Ｓｉ）基板を用意し、ＳｉＯ２を表面に形成した後に、分子構造を配置したが、金属の表面を参加したものでも良い。更に、本発明の実施形態では、第１の基板上の分子構造などに影響を与えずに電極を形成できるので、電極を転写するものとして、これ以外に、例えば、タンタル酸化物や、サファイア、有機層（厚膜）、脂質薄膜、金属酸化物、窒素酸化物、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、化合物半導体など、あらゆるものが使用可能である。【００２７】  さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。【００２８】  また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【産業上の利用可能性】
【００２９】  本発明によれば、分子構造を変形、破壊することなく、優れた特性を有する微小電極を形成することができる。
【図１Ａ】
2006035524.tif 000002
【図１Ｂ】
2006035524.tif 000003
【図１Ｃ】
2006035524.tif 000004
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
2006035524.tif 000006
【図２Ａ】
2006035524.tif 000007
【図２Ｂ】
2006035524.tif 000008
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
2006035524.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006035524.tif 000018
【国際調査報告】
2006035524.tif 000019
2006035524.tif 000020
2006035524.tif 000021
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