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発表日2008/01/02

企業名（独）理化学研究所 | ホームページ： http://www.riken.go.jp/

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理化学研究所、絶縁被覆した太さ１ｎｍの結晶性ナノワイヤーを開発
絶縁被覆した規則配列ナノワイヤーの開発に成功－ 分子デバイスの配線開発に先鞭をつける －シンプルで深
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日経WagaM◇ポイント◇
結晶中でナノワイヤーを絶縁被覆し、規則的に並べる
芯線を１本から２本に、絶縁被覆の厚みを１ナノメートルに増やすことに成功
１立方センチあたり１００ペタバイトの記憶媒体実現へ道

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東芝がついにH世代ＤＶＤの行
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日本ＩＴ復活独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）は、伝導性の有機分子と絶縁性の有機分子とが自己組織的に集合して結晶を形成するという性質を利用して、絶縁被覆した太さ１ナノメートルの結晶性ナノワイヤーの開発に成功しました。理研中央研究所加藤分子物性研究室の加藤礼三主任研究員、山本浩史専任研究員らの研究グループによる成果です。

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エレクトロニクスの分野では、記憶装置（ＤＲＡＭなど）や記録媒体（光ディスク・フラッシュメモリー・ハードディスクなど）が重要な役割を担っており、近年、より大容量・より高密度・より小型軽量にといった方向を目指し、さらに活発に開発が進んでいます。こうした高速高密度化する情報処理の進歩を支えるためには、記憶素子と配線の微細化が欠かせず、技術開発のターゲットとしてナノ領域の素子である分子素子と配線材料となるナノワイヤーが注目され、さまざまな材料が活発に研究されています。

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ナノワイヤーとしてはすでに、カーボンナノチューブなどが登場していますが、これらの材料を絶縁被覆する技術が確立していないために、集積回路で短絡を起こしやすい点と、１本１本が独立なため規則的に配列させる技術がない点が問題となっていました。研究グルー
プは、伝導性有機分子であるテトラチアフルバレン誘導体と絶縁性の含ヨウ素中性分子とを結晶中で自己組織的に組み立てることによって、規則的に配列させた被覆ナノワイヤーの

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研究開発を行なってきました。今回、この手法で、芯線の数を増やすことと絶縁被覆の厚みを増やすことに成功し、実用的なナノワイヤーの実現に一歩近付きました。

2/4 ページ【時説往来】【羅針盤】高本成果はナノワイヤーを、分子メモリーを搭載した超高密度３次元記憶媒体の配線材料として活用する道を拓くものです。この技術を用いると、１立方センチメートルあたり１００ペタバイト（ペタ＝１０１５）もの情報を記録することが期待できます。さらに、こうした配線技術は、メモリー回路だけではなく論理回路への応用も期待されており、エレクトロニクス産業に革新をもたらす可能性を秘めています。

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本研究成果は、米国の科学雑誌『ＡＣＳ Ｎａｎｏ』（１月号）に掲載されるに先立ち、オンライン版（１月１日付け：日本時間１月２日）に掲載されます。

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地上波ＴＶデ１．背 景コンピューターなどの情報機器のみならず、デジタルカメラ・ビデオ・音楽プレーヤーなどの様々な家庭用電子機器にも大容量のメモリーが使われるようになってきています。メモリーの容量は年々増加しており、より大容量・より高密度・より小型軽量にといった方向を目指し、さらに活発に開発が進んでいます。こうした高密度化する情報処理の進歩を支えるためには、記憶素子と配線の微細化が欠かせず、技術開発のターゲットとしてナノ領域の素子である分子メモリーと配線材料となるナノワイヤーが注目され、さまざまな材料が活発に研究されています。
ナノワイヤーとしてはすでに、カーボンナノチューブなどが登場していますが、これらの材料を絶縁被覆する技術が確立していないために、集積回路で短絡を起こしやすい点と、１本１本が独立なため規則的に配列させる技術がない点が問題となっていました。
研究グループは、伝導性有機分子であるテトラチアフルバレン誘導体（例えばＥＤＴ－ＴＴＦ）と絶縁性の含ヨウ素中性分子（例えばＴＩＥ）およびハロゲン化物イオン（例えば塩化物イオン）とを結晶中で自己組織的に組み立てることによって、規則的に配列させた絶縁被覆ナノワイヤーを開発し、その改良を行なってきました（図１、図２）。これまでの研究では、結晶性ナノワイヤーが格子欠陥※１に弱いこと、また被覆の絶縁性が十分ではないことが明らかとなり、その構造と物性の改良が課題となっていました。

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２．研究手法と成果
ナノワイヤー結晶は、要素となる、伝導性有機分子、絶縁性中性分子およびハロゲン化物イオンを有機溶媒に溶解させ、この溶液を白金電極上で電解酸化することにより作製します。電極（アノード）上では伝導性有機分子が酸化されてカチオン（正イオン）となり、これがハロゲン化物イオン（負イオン）と塩を作ることによって結晶が成長します。結晶は黒色の針状晶として電極から放射状に成長してきます。
（１）２芯ナノワイヤーの開発
伝導性有機分子のＰＴ（ビス（プロピレンジチオ）テトラチアフルバレン）、絶縁性中性分子ＤＦＢＩＢ（１，４－ジフルオロ－２，５－ビス（ヨードエチニル）ベンゼン）および塩化テトラフェニ
ルホスホニウムを、クロロベンゼンとメタノールの混合溶媒に溶解させ、これに１マイクロア

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3/4 ページ

ンペア（μＡ）の電流を１週間ほど通電させると、黒色の直径０．１ミリメートル程度の結晶を得ました。Ｘ線回折の測定により、この結晶の内部構造を決定すると、２本の芯線（ＰＴ）を絶縁体（ＤＦＢＩＢ）と塩化物イオンが取り巻き、１０８本程度が整然と並んだ状態のナノワイヤー構造（図３）が結晶中に完成していることがわかりました。すなわち、２芯ナノワイヤーの結晶である（ＰＴ）２，Ｃｌ（ＤＦＢＩＢ）２を作製することに成功したことになります。この結晶中では、１本のナノワイヤーに２本の芯線が通っているので、これまでに開発してきたナノワイヤーに比べて、格子欠陥の影響を低減できると考えられます。１本のワイヤーが断線しても、もう１本がつながっていれば電気は流れるようになります。

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いきいき健康（２）絶縁性を向上させたナノワイヤーの開発
同様の方法で、ＴＳＦ（テトラセレナフルバレン）、ＨＦＴＩＥＢ（１，１’－３，３’－５，５’－ヘキ
サフルオロ－２，２’，４，４’－テトラキス（ヨードエチニル）－ビフェニル）および塩化テトラフ
ェニルホスホニウムを用いて結晶を作製すると、さらに絶縁性を向上させた構造を持つ結晶（図４）が得られました。ＨＦＴＩＥＢは、研究グループが独自に開発した分子で、フッ素分子量を多くするなどして、絶縁性能を高める構造となっています。この結晶では、芯線（ＴＳＦ）間の絶縁被覆（ＨＦＴＩＥＢと塩化物イオン）が１ナノメートルの厚さに達しており、ワイヤー間の漏れ電流※２が少なくなることが期待できます。実際に、この被覆の絶縁抵抗を測定したところ、１０１３オームセンチ※３という非常に高い抵抗率が実現していることが明らかとなりました。

３．今後の期待絶縁体で取り巻き、規則的な配列をした今回のナノワイヤー開発では、２芯線ナノワイヤ
ー、被覆の絶縁性を向上させたナノワイヤーを世界で初めて作製しました。２芯線ナノワイ
ヤーでは、結晶性ナノワイヤーの弱点であった格子欠陥の影響を克服する道筋がつき、さらに信頼性を増す多芯線化の製造手法を開発していく計画です。被覆の絶縁性を向上させたナノワイヤーでは、ワイヤー間の漏れ電流を防ぐ絶縁機能を確実にする、規則的な配置技術を確立することになりました。
２つのナノワイヤーはそれぞれ別の成果ですが、今後は、図５に示すようにこれらのワイヤーを結晶中で交互に直交させ、その交点に分子メモリーを組み込んでいくという物質開発が期待できます。こうした３次元結晶構造を実現できると、分子メモリーへの超高密度配線が達成され、１立方センチメートルあたり１００ペタバイト（ペタ＝１０１５）もの情報を記録することができます。これだけの密度の情報記録が実現すれば、メモリーの容量による電子機器の動作制限がなくなり、これまでに想像しなかったような電子機器の使い方が生まれるかもしれません。
＊補足説明、図１～５などは添付資料をご参照ください。
● 関連リンク（独）理化学研究所 ホームページ● 関連資料

補足説明、図１～５など
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Semiconductor International Japan | 理研が絶縁被覆した規則配列ナノワイヤーを開発、高密... 1/2 ページSemiconductor International US | Semiconductor International ChinaNews Center

理研が絶縁被覆した規則配列ナノワイヤーを開発、高密度の分子メモリー実現に期待[issued: 2008.01.08]
理化学研究所は、伝導性の有機分子と絶縁性の有機分子とが自己組織的に集合して結晶を形成するという性質を利用して、絶縁被覆した太さ1nmの結晶性ナノワイヤーの開発に成功した。同成果は、中央研究所加藤分子物性研究室の加藤礼三主任研究員、山本浩史専任研究員らの研究グループによるもの。
ナノワイヤーとしてはカーボンナノチューブなどが登場しているが、材料を絶縁被覆する技術が確立していないため、集積回路で短絡を起こしやすく、1本1本が独立しているため規則的に配列できないなどの課題があった。同研究グループは、伝導性有機分子であるテトラチアフルバレン誘導体と絶縁性の含ヨウ素中性分子とを結晶中で自己組織的に組み立てることで規則的に配列させた被覆ナノワイヤーの研究開発を進め、同手法によって今回、芯線の数を増やし、絶縁被覆の厚みを増やすことに成功した。
同研究グループは、伝導性有機分子のPT（ビス（プロピレンジチオ）テトラチアフルバレン）、絶縁性中性分子DFBIB（1,4-ジフルオロ-2,5ビス（ヨードエチニル）ベンゼン）および塩化テトラフェニルホスホニウムを、クロロベンゼンとメタノールの混合溶媒に溶解させ、これに1μAの電流を1週間ほど通電させ、黒色の直径0.1mm程度の結晶を得た。X線回折の測定によって結晶の内部構造を決定したところ、2本の芯線（PT）を絶縁体（DFBIB）と塩化物イオンが取り巻き、108本程度が整然と並んだ状態のナノワイヤー構造が結晶中に完成しているを確認したという（図１）。
また、同様の方法で、TSF（テトラセレナフルバレン）、HFTIEB（1,1’-3,3’-5,5’-ヘキサフルオロ-2,2’,4,4’-テトラキス（ヨードエチニル）-ビフェニル）および塩化テトラフェニルホスホニウムを用いて結晶を作製したところ、絶縁性を向上させた構造を持つ結晶が得られたという（図2）。HFTIEBは、同研究グループが独自開発した分子で、フッ素分子量を多くするなどして絶縁性能を高めている。芯線（TSF）間の絶縁被覆（HFTIEBと塩化物イオン）は1nmの厚さに達しており、被覆の絶縁抵抗を測定したところ、1013Ωcmという高い抵抗率を実現したことを確認したという。
今回開発した2つのナノワイヤーはそれぞれ別の成果であるが、今後は図3のように、これらのワイヤーを結晶中で交互に直行させて、その交点に分子メモリーを組み込んでいくという物質開発が期待されるという。こうした3次元結晶構造を実現できれば分子メモリーへの超高密度配線が達成でき、1cm3あたり100ペタバイトの情報を記録することも可能になるとしている。

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Semiconductor International Japan | 理研が絶縁被覆した規則配列ナノワイヤーを開発、高密... 2/2 ページ
図1 2芯ナノワイヤーの結晶構造

図2 絶縁被覆ナノワイヤーの結晶構造

図3 3次元ナノワイヤー配線の概念図

参考：理化学研究所(ホームページ)
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理化学研究所は,伝導性の有機分子と絶縁性の有機分子とが自己組織的に集合して結晶性質を利用して,絶縁被覆した太さ1nmの結晶性ナノワイヤーの開発に成功。
ナノワイヤーとしてはすでに,カーボンナノチューブなどが登場しているが,これらの材料を絶が確立していないために,集積回路で短絡を起こしやすい点と,1本1本が独立なため規則的術がない点が問題となっていた。研究グループは,伝導性有機分子であるテトラチアフルバ
縁性の含ヨウ素中性分子とを結晶中で自己組織的に組み立てることによって,規則的に配列ワイヤーの研究開発を行なってきた。今回,この手法で,芯線の数を増やすことと絶縁被覆のとに成功し,実用的なナノワイヤーの実現に一歩近付いた。
同成果はナノワイヤーを,分子メモリーを搭載した超高密度3次元記憶媒体の配線材料とし拓くものである。この技術を用いると,1立方センチメートルあたり100ペタバイト(ペタ=1015)もることが期待できる。さらに,こうした配線技術は,メモリー回路だけではなく論理回路への応レクトロニクス産業に革新をもたらす可能性を秘めている。

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2008/02/20理研が絶縁被覆した規則配列ナノ・ワイヤを開発、実用化へ前進

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理研が絶縁被覆した規則配列ナノ・ワイヤを開発、実用化へ前進
独立行政法人理化学研究所は08年1月2日、伝導性の有機分子と絶縁性の有機分子とが自己組織的に集合して結晶を形成するという性質を利用して、絶縁被覆した太さ1nmの結晶性ナノ・ワイヤの開発に成功した、と発表した。
高速高密度化する情報処理の技術開発のターゲットとしてナノ領域の素子である分子素子と配線材料となるナノ・ワイヤが注目され、さまざまな材料が活発に研究されている。ナノ・ワイヤとしてはすでにカーボン・ナノ・チ
ューブなどが登場しているが、これらの材料を絶縁被覆する技術が確立していないために集積回路で短絡を起こしやすい点と、1本1本が独立しているため規則的に配列させる技術がない点が問題となっていた。
理研中央研究所の研究グループは伝導性有機分子であるテトラチアフルバレン誘導体と絶縁性の含ヨウ素中性分子とを結晶中で自己組織的に組み立てることによって、規則的に配列させた被覆ナノ・ワイヤの研究開発を行ってきた。今回、この手法で芯線の数を増やすことと絶縁被覆の厚みを増やすことに成功し、実用的なナノ・ワイヤの実現に一歩近づいた。この成果はナノ・ワイヤを分子メモリを搭載した超高密度3次元記憶媒体の配線材料として活用する道を拓くものだという。この技術を用いると1cm3あたり100ペタ・バイトもの情報を記録することが期待でき、さらにこうした配線技術はメモリ回路だけではなく論理回路への応用も期待されている。
URL：http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2008/080102/detail.html

お問い合わせ・ご質問は webmaster@edresearch.co.jp(c) 2001 ED RESEARCH Co., Ltd. All rights reserved.

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