研究紹介
丸文学術賞受賞者

有機エレクトロニクスに向けたナノスケール制御による電気伝導の研究
ナノテクノロジーとナノサイエンスの基礎探索と応用展開

塚越 一仁
独立行政法人理化学研究所 分子システムエレクトロニクス研究ユニット〒351-0198 埼玉県和光市広沢2-1
Tel.048-462-1111 ext.8976 Fax.048-467-5893
e-mail tsuka@riken.jp

研究の成果

はじめにナノスケールの加工技術と評価技術を構築することで、ナノスケール物質の特性

１. ナノ加工技術開発とナノ炭素材料の電気伝導を引き出すことが可能となります。例えば、ナノ炭素材料であるフラーレン、カーボいた高再現性精密電極作製法による約２nmギャップ電極での２連結フラーレンではスピン相関伝導の計測に成功しました。
2. ナノ伝導体電極を用いた分子微結晶トランジスタ

直径が1nmにも満たないフラーレンに電極

ンナノチューブ、グラファイト超薄膜は、そナノ物質への電流注入は、ナノスケーを作製すると、小さなユニット固有の電気特れぞれゼロ次元、1次元、2次元伝導体でル伝導体を電極として用いる挑戦へと発性を引き出せます。このナノユニット伝導のあり、特異な電子状態を有しております。

展し、微細なナノ有機結晶への電流注入

追及は、未来の分子スケールエレクトロニ

しかし、それらのナノ炭素材料に精密に電を行いました（図2）。ナノチューブ電極は、1クスへの新しい展開を拓くための基礎とな極を作製し電流を注入して電気伝導を評本のナノチューブに精密に金属電極を接るだけでなく、得られた知見や技術を近未価することは極めて困難であり、物質の本続し、ナノチューブの中間点を過電流で来エレクトロニクス実現のための技術開発

質を知るために素子作製技術や端子材消失させて10-20nmのギャップを作製しに展開することもできます。我々は微細加料探索などが必要でした。我々は微細加ました。成長温度を制御してペンタセンを工技術を追及し、ナノ炭素材料の電気伝工を工夫し精密電極作製法を開発しまし

導を調べました。特に電極界面の伝導にた（図1）。特に電極材料を探索し、電極金着目して蓄積した技術や知識を展開して、属とナノ炭素材料との界面の電流注入

フレキシブルエレクトロニクスの鍵となる有機構の解明を追及しました。1次元伝導機薄膜トランジスタの特性制御を追求しま体であるナノチューブではスピンコヒーレした。本紹介ではこれらを紹介します。

ント伝導を検出し、収束イオンビームを用フラーレン

ナノチューブグラファイト超薄膜

図1 微細加工によって作製した0次元（フラーレン）、1次元（カーボンナノチューブ）および2次元（グラファイト超薄膜）の電気伝導評価試料

図2 カーボンナノチューブを電極としたペンタセンナノ微結晶チャネルトランジスタ図3 有機薄膜加工用レーザーパターンニングシステムの概略図（a）とペンタセン、フラーレン、ポリチオフェン薄膜のパターンニング例
（b）
。
（c）
本方法で作製した端子抵抗評価トランジスタ。

蒸着すると、基板上には付着せずナノチューブ周辺だけに選択的に成長し、ナノ

図4 保護膜を介してプラスチック基板上に室温で積層した有機トランジスタと有機発光素子の概略図（a）。有機トランジスタの制御で有機発光素子を駆動（b）。
電極界面制御による特性向上によって、有機発光素子を駆動できた。

4. 電極界面制御有機トランジスタによる有機発光素子駆動チューブのギャップも連続的に繋がりましこれまで電極界面の研究蓄積を基にした。このナノチューブ電極ペンタセンナノて、有機薄膜トランジスタのプラスチック基結晶は、制御性の良い短チャネルトランジこの板上での特性制御を試みました（図4）。

なる電流注入機構の解明とその制御の追及によって、プラスチックエレクトロニクスの動作向上を目指しております。

まとめと今後の展望スタとして動作しました。

基板上で有機薄膜素子を再現性よく作る

集積された機能単分子素子の実現は、

3. 分子薄膜の加工技術開発と有機薄膜トランジスタの電流注入電極評価

ためには、基板からのガス放出や基板の歪長 期 的な挑 戦 的 研 究です。しかし、このみの制御が不可欠です。基板温度を室温挑戦から得られた技術を余すことなく利用電流注入を行う電極端子と有機薄膜に保つことで、この影響を最小限に出来ますることで、分子薄膜素子などへの技術の界面は有機トランジスタにおいて最も重すが、ペンタセン多結晶粒が小さくなり電界展開が可能となります。特にプラスチック要な界面です。この界面にトランジスタ特効果移動度が低下します。移動度の低下

表示素子は、紙メディアの次を担う次世性は因り、素子特性は揺らぎます。このたを端子界面へのナノスケール分子ドープ膜代情報メディアへの発展が期待されておめ電極界面での電流注入メカニズムの解の注入で解決しました。電極界面に7、7、ります。地球上の自然環境を保ちながら明と制御が応用展開を決めます。電流注

8、8−テトラシアノキノジメタン（TCNQ）の広く情報発信していくために、リライタブル入機構の解明のため、加工ダメージを与導入で電界効果移動度は大きく向上しまメディアは重要です。実現には金属とチャえることなく精密パターン形成が可能なレした。
さらに精密ドープ制御で、端子での電ネル分子間の電子の注入制御がキーポーザーパターンニング装置を造りました（図

流注入機構の解明に達しつつあります。端イントなるでしょう。この技術展開を目指し3）。通常のソースとドレイン電極に加えて、子電流注入を制御したトランジスタをアレイて、ナノサイエンスとナノテクノロジーの融2本の電圧測定電極を接続した素子を作状に配置し、各々のトランジスタ接続した有合さらに化学、物理、産業の融合を追及

り、ゲート電圧印加によってチャネル抵抗機発光素子の発光制御を行いました。
さらしていきます。に加えて端子抵抗も大きく変調することを見出しました。これは金属端子と分子薄膜の界面にゲート電圧に依存する注入障壁の存在を示してます。レーザーパターン
ニング法は有機薄膜トランジスタの基礎評価素子作製に活用されてますが、有機トランジスタの作製工程での素子修正法としての展開も期待できます。

Re f e r e n c e s（ 参 考 文 献 ）【1】K.Tsukagoshi, K.Shigeto, I.Yagi, and Y.Aoyagi, Appl.Phys.Lett. 89, 113507（2006）【2】K.Tsukagoshi, J.Tanabe, I.Yagi, K.Shigeto, K.Yamagisawa, and Y.Aoyagi, J.Appl.Phys. 99, 064506（2006）【3】A.Yu.Kasumov, K.Tsukagoshi, M.Kawamura, T.Kobayashi, Y.Aoyagi, K.Senba, T.Kodama,
H.Nishikawa, I.Ikemoto, K.Kikuchi, V.T.Volkov, Yu.A.Kasumov, R.Deblock, S.Guéron, andH.Bouchiat, Phys.Rev.B 72（Rapid commun.）, 033414,（2005）【4】I.Yagi, K.Tsukagoshi, and Y.Aoyagi, Appl.Phys.Lett. 84, 813（2004）【5】A.Kanda, K.Tsukagoshi, Y.Ootuka, and Y.Aoyagi, Phys.Rev.Lett. 92, 036801（2004）【6】K.Tsukagoshi, B.W.Alphenaar, and H.Ago, Nature 401,（6753）572（1999）