专利名称：功能性分子元件、其制造方法以及功能性分子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在施加电场后导电性变化的功能性分子元件、其制造方法以及功 能性分子装置。
背景技术：
纳米技术用于观察、产生和/或利用其尺寸为约10亿分之一米(10_8m = IOnm)的 微观结构。在二十世纪八十年代的后半期，发明了称为“扫描隧道显微镜”的极高精度的显微 镜，并且使得可以观察到单个原子和单个分子。扫描隧道显微镜的使用使得不仅可以观察 原子和分子，而且可以单独地操作它们。例如，已经报道了用布置在晶体表面上的原子来书写文字。虽然能够操作原子和 分子，但是通过分别操作巨大数目的原子和分子来形成新材料或组装新装置是不实际的。通过单独操作原子或分子或其集群来制造纳米尺度的结构需要一种用于超精度 加工的新技术。对这样的纳米级精度的微加工技术进行大致分类，两种方法是已知的。一种方法是所谓的自顶向下法，该方法传统上已被用于制造各种半导体器件。例 如，由较大的硅晶片通过非常精密的蚀刻至极限以制造集成电路。另一种方法是所谓的自 底向上法，该方法被设计成由作为极小组成部分的原子和分子来组装期望的纳米结构。众所周知的摩尔定律(由作为英特尔公司的共同创立者戈登摩尔在1965年提出) 揭示了可以通过自顶向下法实现的纳米结构的尺寸限度，该定律指出芯片上晶体管的数目 每18个月将加倍。自1965年以后的30年中，半导体工业使晶体管的集成速度如莫尔定律 所预言的那样增加。半导体工业协会(SIA)发表的未来15年内的半导体国际技术蓝图(ITRS)包括摩 尔定律将继续保持有效的观点。随着微细加工度进一步提高，得到的半导体芯片以更小的功率消耗更快地运行。 而且，改良的微细加工由单个晶片获得更多的产品，从而使得可以降低生产成本。这就是微 处理器制造商在新产品的加工规则和晶体管的集成度上竞争的原因。然而，也指出了 “摩尔定律”也会由于自然法则迟早达到极限。例如，根据目前主流的半导体技术，通过按照光刻技术在硅晶片上形成电路图案 来制造半导体芯片。因此，为了进一步小型化，必须提高分辨率。为此，必须开发用于利用 更短波长的光的实用技术。此外，增加集成度涉及的另一问题是每个半导体芯片的大量发热，这导致受热的 半导体芯片出现故障或热损坏。而且，专家预言以目前步调持续的半导体芯片的小型化将达到设备成本和工艺成 本增大并且产量下降的阶段。结果，在大约2015年半导体工业将会是无利可图的。最近，还指出的更为严重的问题是线边缘粗糙(或图案边缘的微小凹凸)。关于抗 蚀剂掩模的表面上的凹凸，据说随着图案比以前大大减小，构成抗蚀剂的分子大小和化学
5增幅型光刻胶中酸的扩散距离变得至关重要。还已经评价了图案边缘上凹凸的周期幅度对 装置特性的影响，并且成为另一重要问题。作为用于解决上述自顶向下法的瓶颈的新技术，尝试为每个分子提供作为电子部 件的功能的研究已经被关注。例如，通过自底向上法由单个分子制造的电子装置(分子开 关等)。关于金属、陶瓷或半导体，通过自底向上法来制造纳米尺寸的结构的研究也正在 进行。如果充分利用形状和功能独立不同的几百万种的各种分子，则将使得可以通过自底 向上法来设计和制造具有与相关传统技术中的特性完全不同的(分子)装置。例如，导电分子具有小至0.5nm的宽度。与在目前的IC技术中实现的约IOOnm的 线宽相比，这些分子的线可以实现几千倍的高密度布线。此外，例如，如果使用单个分子作 为存储元件，则可以实现具有比DVD高10，000倍的容量的记录装置。与传统的硅半导体不同，分子装置通过化学工艺来合成。在1986年，三菱电气公 司的Hiroshi Koezuka开发了一种聚噻吩(聚合物)的世界上第一款的有机晶体管。而且，惠普公司和美国洛杉矶的加利福尼亚大学的研究小组成功开发了有机电子 器件，其在1999年7月被发表在《科学》上，并提交了专利申请(参见将在下文介绍的专利 文献1和专利文献幻。他们还通过由几百万个轮烷分子(其是有机分子)构成的分子膜制 造开关，并通过使它们连接在一起来制造作为基本逻辑电路的AND栅极。此外，美国的赖斯大学和耶鲁大学的共同合作研究小组成功制造了分子开关，该 分子开关的分子结构通过在电场的作用下由电子注入引起变化以执行开关操作。他们在 1999年11月将其发表在《科学》上(参见将在下文介绍的非专利文献1)。其具有重复执行 开关切换的功能，惠普公司和美国洛杉矶的加利福尼亚大学的研究小组未能实现该功能。 此外，分子开关具有普通晶体管大小的一百万分之一，并且这样微小程度有助于制造小型 高性能计算机。 在合成方面成功的J. Tour (赖斯大学，化学)教授指出，由于不需要常规用于半导 体制造的昂贵洁净室，因此分子开关的制造成本将会是常规半导体的仅千分之一。他计划 在5至10年内构造混合式计算机(由有机分子和硅构成)。如上所述，对具有电子部件的功能的分子装置已进行了的大量研究。然而，过去大 多数对分子装置的研究涉及那些通过光、热、质子、离子等驱动的装置(参见，例如将在下 文介绍的非专利文献2)，而涉及通过电场驱动的装置则很少。关于这些分子装置，上述线边缘粗糙的问题也是一个严重的问题，并且认为随着 图案进一步小型化，该问题将变得更严重。关于分子装置，作为用于避免该问题的方法，通 常实践是将硫醇基引入到分子的末端以直接连接至金电极(参见，例如将在下文介绍的非 专利文献幻。分子装置在再现性方面优于无机材料，这是因为与引起粗糙问题的最小单位 相比，它们的分子本身尺寸更小。然而，硫醇基与金电极之间的电连接涉及的问题在于，分子本身具有的电特性无 论如何良好，末端硫醇基与电极之间的连接部分均具有较大的电阻，并且该较大的电阻限 制分子装置特性的改善(参见，将在下文介绍的非专利文献4)。在分子装置的开发中，已经研究了使用各种有机分子。例如，称为“四吡咯类”的一 组化合物，均包含四个吡咯环。四吡咯类包括具有环状结构的四吡咯类和具有无环结构的四吡咯类。具有环状结构的四吡咯类包括例如卟啉以及其衍生物，吓啉具有这样的环(四 吡咯环)，即四个吡咯环在每两个相邻的吡咯环之间经由一个碳原子彼此连接。已知卟啉以 及其衍生物与多个金属原子形成稳定的金属络合物，并且这些金属络合物中的每一个构成 具有彼此堆叠的卟啉环的平面的堆叠结构。另一方面，具有无环结构的四吡咯类称为“无环 四吡咯”、“开环四吡咯”或“线性四吡咯”，其中四个吡咯环经由一个碳原子在每两个相邻的 吡咯环之间线性地连接在一起。在下文中，将对含四吡咯的分子装置的报道的一些实施例进行描述。# # M H % "Photo-Functional Molecular Element with Porphyrin Polymer Fixed and Stacked on Substrate through Covalent Bonds and Method of Preparing the Same”、将在下文中介绍的专利文献3，该文献描述了在将连接物卟啉施加 在金基板上之后，将该基板浸没在咪唑取代的锌卟啉的溶液中以通过配位键堆叠卟啉聚合 物。题为“Functional Molecular Element”并且将在下文中介绍的专利文献4包含 如下文所述的内容。介绍了关于功能性分子元件，该功能性分子元件使用通过电场诱导的分子结构的 变化而改变介电常数的各向异性的系统来构造。该文介绍这样的功能性分子元件优选使用 由有机分子和金属离子形成的有机金属络合物的分子，所述有机分子具有介电常数各向异 性并且在电场的作用下改变结构。该有机分子可以具有例如线性侧链，并且期望是圆盘状 的(或接近圆盘状)。功能性分子元件被描述为优选形成接近圆盘状的柱阵列结构，具有侧链的有机金 属络合物分子以柱状布置在一对彼此相对的电极之间。还描述了接近圆盘状、具有侧链的 有机分子可以优选为二次甲基胆色素酮衍生物如胆绿素(biliverdine)或二次甲基胆色 素酮，金属离子可以优选为锌离子、铜离子、镍离子等。而且，描述了除了二次甲基胆色素酮衍生物外，胆汁三烯(biline)衍生物、 Phlorin衍生物、二氢卟酚衍生物等也是可用的，并且作为金属，另一代表性元素或过渡金 属也是可用的。题为“Linear Tetrapyrrole Dye”、将在下文中介绍的专利文献5介绍了关于线性 四吡咯染料，主要特征在于其通过氧化和裂开在每个苯基上包含烷基或烷氧基的四苯基卟 啉来合成。此夕卜，题为"Functional Molecular Element,Method for Producing Functional Molecular Element, and Functional Molecular Device'\)|f ^T^I^^^S W^^J^lK 6 包含在下文中描述的内容。专利文献6的发明涉及一种功能性分子元件，其中π电子共轭分子在其侧链处吸 附在电极上以形成这样布置的吸附分子，使得骨架的平面结构或基本上为平面结构基本上 平行于电极设置，并且至少由吸附分子和电极形成的结构具有使电流在与平面结构或基本 上为平面结构交叉的方向上流动的功能，其中所述η电子共轭分子中的每一个包括具有 JI电子共轭体系的平面结构或基本上为平面结构的骨架并且包括结合于骨架的侧链；还 涉及其制造方法，即，用于制造功能性分子元件的方法，该方法包括以下步骤制备调节浓 度的η电子共轭分子的溶液，使该溶液与电极接触，以及使溶剂从溶液中蒸发使得η电子共轭分子以相当于所述浓度形成在堆叠在电极的表面之间的层中。专利文献6的发明还涉及一种功能性分子装置，其中构成功能性分子元件的结构 具有彼此相对的电极作为电极。现有技术文献专利文献[专利文献1]美国专利号6，256，767 (摘要)[专利文献2]美国专利号6，128，214[专利文献3]日本专利公开号2004_洸6100(第OOO8段、第Ol59-Ol73段)[专利文献4]日本专利公开号 2OO5-M8773 (第 00:31-0043 段)[专利文献5]日本专利公开号 2006_283014 (第 0006_0024 段)[专利文献6]日本专利公开号 2OO6-35I623 (第 OO37-OO38 段)非专利文献[非专利文献1]J. Chen, Μ. A. Reed, Α. Μ. Rawlett and J. Μ. Tour, "Large on-off ratios and negative differential resistance in a molecular electronic device,，，Science, 286,1552 to 1551(1999)[非专利文献2]"Molecular Switches"compiled by Ben L. Feringa,WILEY-VCH,Weinheim(2001)[非专利文献3]Μ. A. Reed, C. Zhou, C. J. Muller, Τ. P. Burgin and J. M. Tour, "Conductance of a molecular junction,，，Science, 278，252-254 (1997)[非专利文献4]J. Μ. ffessels, H. G. Nothofer, W. Ε. Ford, F. von ffrochem, F. Scholz, T. Vossmeyer, A. Schroedter, H. Weller and A.Yasuda, "Optical and electrical properties of three-dimensional interlinked gold nanoparticle assemblies, "Journal of the American Chemical Society，126(10)，3349—3356，(Mar. 17,2004)
发明内容
技术问题在许多通过电场驱动的传统分子元件中，它们的分子在电场的作用下电子状态发 生改变，并且结果，两个(或多个)电极之间的导电性改变。例如，在有机场效应晶体管(有 机FET)的情况下，载流子经沟道区域中的有机分子的移动通过作用于有机分子的电场的 变化来调整。在每个电极与其相关的有机分子之间的界面处的接触电阻非常高，并且该接 触电阻强烈地影响分子元件的操作特性。
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与其操作原理无关的各个分子元件中，包括基于在电场作用下的原理的功能性分 子元件，分子结构变化以用作接通电流或切断电流的分子开关，并且每个电极与其相关的 分子之间的界面处的接触电阻显著影响分子元件的操作特性，其中接触电阻较大。甚至如 在太阳能电池中，在彼此相对的电极之间布置有机分子层以使电子流动的情况下，也要求 尽可能大地降低每个电极与其相关的有机分子之间的界面处的接触电阻。在分子元件中，通常已经使用了金属电极。然而，利用具有例如由金形成的两个电 极的分子元件，其中两个电极之间具有纳米尺寸的间隙，并且有机分子布置在电极间隙中 以形成沟道，认为很难获得稳定的操作，这是因为在电场下可能会发生金原子从电极表面 的移动或由这样的金原子形成细丝(filament)。为了给上述问题提供一种解决方案，本发明的一个目的是提供一种功能性分子元 件、其制造方法以及功能性分子装置，该功能性分子元件以低接触电阻设置在各个电极与 相关的有机分子之间的界面处。技术方案具体地，本发明涉及一种功能性分子元件，包括电极(例如，将在下文中描述的实 施方式中的电极5、6)；第一 π电子共轭分子(例如，将在下文中描述的实施方式中的界面 改性分子幻，其每一个包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第一骨架(例 如，将在下文中描述的实施方式中的近圆盘状骨架3)并且包括结合于第一骨架的侧链(例 如，将在下文中描述的实施方式中的侧链4)，所述第一 π电子共轭分子的第一骨架基本上 平行于电极布置并且在其侧链处分别通过共价键结合于电极；以及分子阵列结构，其由堆 叠在一起的第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子(例如，将在下文中描述的实施 方式中的驱动部分子1)形成，使得功能性分子元件具备使电流在与第一骨架的平面交叉 的方向流动的功能。本发明还涉及一种用于制造功能性分子元件的方法，包括第一步骤使第一 π电 子共轭分子(例如，将在下文中描述的实施方式中的界面改性分子幻在其侧链处共价结合 于电极(例如，将在下文中描述的实施方式中的电极5、6)使得第一骨架基本上平行于电极 布置，其中所述每一个第一 η电子共轭分子包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为 平面的第一骨架(例如，将在下文中描述的实施方式中的近圆盘状骨架3)并且包括结合于 第一骨架的侧链(例如，将在下文中描述的实施方式中的侧链4)；以及第二步骤通过在第 一骨架上分子间η-η堆叠第二骨架来堆叠第二 η电子共轭分子，并且通过分子间η-η 堆叠沿一个方向重复堆叠第二骨架(例如，将在下文中描述的实施方式中的驱动部分子 1)，使得形成包括第一和第二 η电子共轭分子的分子阵列结构，其中第二 η电子共轭分子 中的每一个包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二骨架。本发明还涉及一种功能性分子装置，包括彼此相对的第一和第二电极(例如，将 在下文中描述的实施方式中的电极5、6)；第一 π电子共轭分子(例如，将在下文中描述的 实施方式中的界面改性分子幻，其每一个包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平 面的第一骨架(例如，将在下文中描述的实施方式中的近圆盘状骨架3)并且包括结合于第 一骨架的侧链(例如，将在下文中描述的实施方式中的侧链4)，所述第一 π电子共轭分子 的第一骨架基本上平行于所述第一和第二电极布置并且在其侧链处分别通过共价键结合 于第一和第二电极；第二 η电子共轭分子(例如，将在下文中描述的实施方式中的驱动部分子1)，其每一个具备具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二骨架，通过分子 间JI-JI堆叠使第二 π电子共轭分子的第二骨架堆叠在第一骨架之间，所述第二骨架通过 分子间JI-JI堆叠而在一个方向上重复堆叠；以及分子阵列结构，由第一电极和第二电极 上的第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子形成，由此功能性分子元件具备使电流 在一个方向上流动的功能。有益效果根据本发明的功能性分子元件，第一 π电子共轭分子中的每一个包括具有η电 子共轭体系的平面或基本上为平面的第一骨架并且还包括结合于第一骨架的侧链，所述第 一 JI电子共轭分子的第一骨架基本上平行于所述电极布置并且在其侧链处分别通过共价 键结合于电极，并且所述第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子堆叠在一起以形成 分子阵列结构。因此，第一 η电子共轭分子采用它们分别结合于电极的结构，所述第一 η 电子共轭分子的η电子与电极具有良好的电相互作用，并且可以为每一电极与其相关的 第一 η电子共轭分子之间的界面提供降低的接触电阻。因此，功能性分子元件可以有效地 使电流在与第一骨架的平面交叉的方向上流动。根据本发明的用于制造功能性分子元件的方法，该方法包括使第一 π电子共轭 分子在其侧链处共价结合于电极使得第一骨架基本上平行于电极布置的第一步骤，其中第 一 JI电子共轭分子中的每一个包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第一骨 架并且包括结合于第一骨架的侧链；以及通过在第一骨架上分子间η-η堆叠第二骨架， 并且通过分子间η-η堆叠沿一个方向重复堆叠第二骨架来堆叠第二 η电子共轭分子，使 得形成包括第一和第二 η电子共轭分子的分子阵列结构的第二步骤，其中第二 η电子共 轭分子中的每一个包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二骨架。因此，第 一 JI电子共轭分子分别结合于电极，所述第一 η电子共轭分子的η电子与第一和第二电 极具有良好的电相互作用，并且可以为第一电极和第二电极中的每一个与其相关的第一 η 电子共轭分子之间的界面提供降低的接触电阻。因此，该制造方法可以提供可以有效地使 电流通过分子阵列结构流动的功能性分子元件。根据本发明的功能性分子装置，该功能性分子装置包括彼此相对的第一电极和第 二电极；第一 η电子共轭分子；第一 η电子共轭分子中的每一个包括具有η电子共轭体 系的平面或基本上为平面的第一骨架并且包括结合于第一骨架的侧链，所述第一 η电子 共轭分子的第一骨架基本上平行于所述第一和第二电极布置并且在其侧链处分别通过共 价键结合于所述第一和第二电极；第二 η电子共轭分子，其每一个具备具有η电子共轭体 系的平面或基本上为平面的第二骨架，其通过在第一骨架上分子间η-η堆叠第二 η电子 共轭分子的第二骨架而堆叠，所述第二骨架通过分子间η-η堆叠而在一个方向上重复堆 叠；以及分子阵列结构，其通过第一电极和第二电极之间的第一 η电子共轭分子和第二 η 电子共轭分子形成。因此，第一 η电子共轭分子分别结合于电极，所述第一 η电子共轭分 子的η电子与第一和第二电极具有良好的电相互作用，并且可以为第一和第二电极中的 每一个与其相关的第一 η电子共轭分子之间的界面提供降低的接触电阻。因此，功能性分 子装置可以有效地使电流通过分子阵列结构在一个方向上流动。
图1是示出了根据本发明的实施方式的功能性分子元件的一个实例的示图。图2是示出了根据本发明的另一实施方式的用于制造功能性分子元件的方法的 示图。图3是示出了根据本发明的又一实施方式的绝缘栅极场效应晶体管的示图。图4是示出了界面改性分子和驱动部分子的实例的示图。图5是示出了在本发明的一个实施例中电极的表面状态的示图。图6是说明在本发明的该实施例中电极表面与界面改性分子之间的共价键的形 成的示图。图7是说明在本发明的该实施例中电极表面与界面改性分子之间的共价键的形 成的示图。图8是说明在本发明的该实施例中如通过光电子产量分光计测量的电极界面的 结构的示图。图9是说明在本发明的该实施例中在电极与界面改性分子之间的相互作用的示 图。图10是示出了在本发明的该实施例中绝缘栅极场效应晶体管的一个实例的示 图。图11是示出了在本发明的该实施例中绝缘栅极场效应晶体管的特性的示图。图12是示出了在本发明的该实施例中绝缘栅极场效应晶体管的特性的示图。图13是示出了在本发明的该实施例中绝缘栅极场效应晶体管的重复特性的示 图。
具体实施例方式根据本发明的功能性分子元件可以优选被构造成使得第二 π电子共轭分子均具 备具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二骨架，第二 η电子共轭分子的第二 骨架通过分子间η-η堆叠而堆叠在第一骨架上，所述第二骨架通过分子间η-η堆叠而 在一个方向上重复堆叠在一起，并且分子阵列结构由第一 η电子共轭分子和第二 η电子 共轭分子形成，使得功能性分子元件具有使电流在一个方向上流动的功能。根据该构成，分 子阵列结构通过在第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子之间以及在第二 η电子 共轭分子之间的分子间η-η堆叠而形成。因此基于η电子共轭分子的η电子之间的相 互作用，功能性分子元件可以有效地使电流在一个方向上流动。此外，第一 π电子共轭分子可以优选在种类上不同于第二 π电子共轭分子。根 据该构成，可以选择第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子，使得第一 η电子共轭 分子可以分别结合于电极，第一 η电子共轭分子的η电子与相应的电极之间的电相互作 用可以被改善，从而降低电极和它们的相关第一 η电子共轭分子之间的接触电阻，而且， 第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子之间的分子间η-η堆叠以及第二 η电子 共轭分子之间的分子间η-η堆叠可以被改善。此外，电极可以优选由多晶硅(在下文中，缩写为“pSi”)或非晶硅(在下文中， 缩写为“aSi”)形成。根据该构成，电极可以以低成本形成。当电极包括通过其间的纳米尺度的间隙彼此相对的电极并且由金属电极(例如，金电极)形成时，在电场下在电极之间 可能出现电极形成原子从电极表面的移动或由这样的原子形成细丝。然而，利用由PSi或 aSi形成的电极，甚至当电极包括通过其间的纳米尺度的间隙彼此相对的电极时，也不会出 现原子的移动或细丝的形成。因此，可以实现纳米尺度的分子元件，该分子元件具有在其间 具有纳米尺度的间隙的电极，并且可以稳定地操作。此外，功能性分子元件具有作为电极的彼此相对的第一电极和第二电极，并且第 一 JI电子共轭分子的侧链通过共价键分别结合于第一和第二电极，并且在第一电极和第 二电极之间形成分子阵列结构。根据该构成，第一 η电子共轭分子可以分别结合于电极， 第一 η电子共轭分子的η电子与第一和第二电极之间的电相互作用可以被改善，从而降 低第一和第二电极中的每一个与其相关的第一 η电子共轭分子之间的界面处的接触电 阻，并且功能性分子元件可以有效地使电流通过分子阵列结构在一个方向上流动。此外，所述电极进一步包括第三电极使得电流可以通过第三电极来控制。根据该 构成，第一电极和第二电极与分子阵列结构之间的接触电阻很小。通过基于施加至第三电 极的电场的变化来控制分子阵列结构的导电性，可以实现具有开关功能的分子元件。此外，第一 π电子共轭分子可以优选为四吡咯衍生物、酞菁衍生物、或具有三个 以上环的稠合多环芳香族化合物。以聚吡咯等为代表的其中η电子在直链上非局域化 的导电高分子的导电通路的厚度大致取决于其环直径。具体地，厚度为0.5nm或半径为 0.5nm。另一方面，四吡咯衍生物的π电子的非局域化平面的半径为约lnm，并且π - ji堆 叠的导电通路具有上述一般导电聚合物的大约4倍的面积。通过精确控制每个电极平面和 与其相关的第一 η电子共轭分子(例如四吡咯衍生物)的η电子的非局域化平面的之间 的距离，可以控制电子态密度的重叠，从而使得可以增加电子从电极到与其相关的第一 η 电子共轭分子的透过系数。而且，第一电子共轭分子可以优选为卟啉衍生物或晕苯衍生物。第一 π电子共轭分子可以优选为由以下式(1)表示的四苯基卟啉，其中R1、! 2、! 3 和R4可以是相同或不同的并且表示羟基或取代的直链烃基。[式1]
权利要求
1.一种功能性分子元件，包括电极，第一 η电子共轭分子，各个第一 η电子共轭分子包括具有η电子共轭体系的平面或 基本上为平面的第一骨架并且包括结合于所述第一骨架的侧链，所述第一 η电子共轭分 子的第一骨架被配置为基本上平行于电极并且在其侧链分别通过共价键结合于所述电极； 以及分子阵列结构，由堆叠在一起的所述第一 η电子共轭分子和第二 η电子共轭分子形 成，使得所述功能性分子元件具备使电流沿与所述第一骨架的平面交叉的一个方向流动的 功能。
2.根据权利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述第二η电子共轭分子均具备具 有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二骨架，通过分子间η-η堆叠使所述第二 JI电子共轭分子的第二骨架堆叠在所述第一骨架之间，所述第二骨架通过分子间η-η堆 叠而沿一个方向重复堆叠在一起，并且所述分子阵列结构由所述第一 η电子共轭分子和 所述第二 η电子共轭分子形成，使得所述功能性分子元件具备使电流沿所述一个方向流 动的功能。
3.根据权利要求2所述的功能性分子元件，其中，所述第一π电子共轭分子和所述第 二 η电子共轭分子是不同种类的η电子共轭分子。
4.根据权利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述电极由多晶硅或非晶硅形成。
5.根据权利要求2所述的功能性分子元件，其中，所述功能性分子元件具有彼此相对 的第一电极和第二电极作为所述电极，并且所述第一 η电子共轭分子的所述侧链通过共 价键分别结合于所述第一电极和所述第二电极，并且在所述第一电极与所述第二电极之间 形成所述分子阵列结构。
6.根据权利要求5所述的功能性分子元件，其中，所述电极还包括第三电极，使得所述 电流可以通过所述第三电极来控制。
7.根据权利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述第一η电子共轭分子为四吡咯 衍生物、酞菁衍生物、或具有3个以上环的稠合多环芳香族化合物。
8.根据权利要求7所述的功能性分子元件，其中，所述第一π电子共轭分子为卟啉衍 生物或晕苯衍生物。
9.根据权利要求8所述的功能性分子元件，其中，所述第一π电子共轭分子为由下式 (1)表示的四苯基卟啉衍生物[式1]
10.根据权利要求1所述的功能性分子元件，其中，所述侧链各自为烷基、烷氧基、烷基 的硅类似物、或者具有结合其上的烷基、烷氧基或烷基的硅类似物的芳香环。
11.根据权利要求2所述的功能性分子元件，其中，所述第二π电子共轭分子是卟啉衍 生物或线性四吡咯。
12.根据权利要求11所述的功能性分子元件，其中，所述第二η电子共轭分子是由下 式(2)表示的二次甲基胆色素酮衍生物[式2]
13. 一种用于制造功能性分子元件的方法，包括以下步骤使第一 η电子共轭分子在其侧链处共价结合于电极，使得第一骨架被配置为基本上 平行于所述电极，其中各个所述第一 η电子共轭分子包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的所述第一骨架并且包括结合于所述第一骨架的侧链；以及通过在所述第一骨架之间分子间η-η堆叠第二骨架而堆叠第二 η电子共轭分子，并 且通过分子间η-η堆叠而沿一个方向重复堆叠所述第二骨架，从而形成含有所述第一 η 电子共轭分子和所述第二 η电子共轭分子的分子阵列结构，其中，各个所述第二 η电子共 轭分子包括具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的所述第二骨架。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一π电子共轭分子和所述第二 π电子 共轭分子是不同种类的η电子共轭分子。
15.一种功能性分子装置，包括彼此相对的第一电极和第二电极；第一 η电子共轭分子，各个第一 η电子共轭分子包括具有η电子共轭体系的平面或 基本上为平面的第一骨架并且包括结合于所述第一骨架的侧链，所述第一 η电子共轭分 子的第一骨架被配置为基本上平行于所述第一电极和所述第二电极并且在其侧链处分别 通过共价键结合于所述第一电极和所述第二电极；第二 η电子共轭分子，各自具备具有η电子共轭体系的平面或基本上为平面的第二 骨架，通过分子间η-η堆叠第二 η电子共轭分子的第二骨架而在所述第一骨架之间堆 叠，所述第二骨架通过分子间η-η堆叠而沿一个方向重复堆叠；以及分子阵列结构，通过所述第一电极和所述第二电极之间的所述第一 η电子共轭分子 和所述第二 η电子共轭分子形成，由此功能性分子装置具备使电流沿一个方向流动的功能。
16.根据权利要求15所述的功能性分子装置，其中，所述第一π电子共轭分子和所述 第二 η电子共轭分子是不同种类的η电子共轭分子。
17.根据权利要求15所述的功能性分子装置，其中，所述第一电极和所述第二电极由 多晶硅或非晶硅形成。
18.根据权利要求15所述的功能性分子装置，还包括第三电极，使得所述电流可以通 过所述第三电极来控制。
19.根据权利要求18所述的功能性分子装置，其中，所述第三电极沿着所述一个方向 设置，作为用于将电场施加至所述分子阵列结构并控制所述电流的控制电极。
20.根据权利要求19所述的功能性分子装置，其中，所述第三电极是栅电极，在所述栅 电极上设置栅极绝缘层，并且在所述栅极绝缘层上形成分别作为源电极和漏电极的所述第 一电极和第二电极，使得所述功能性分子装置被构造为绝缘栅极场效应晶体管。
全文摘要
电功能性分子(10)由彼此相对的由pSi(多晶硅)形成的电极(5，6)、以及分子阵列结构(7)构成，并且分子阵列结构由界面改性分子(2)和驱动部分子(1)形成，其中界面改性分子共价结合于电极(5，6)的表面以改性表面，驱动部分子(1)沿一个方向重复地堆叠在界面改性分子之间。界面改性分子包括侧链部分和具有π电子共轭体系的大致圆盘状骨架部分。形成骨架部分的表面被设置为大致平行于两个电极的表面，而侧链部分共价结合于两个电极的Si。驱动部分子是由在大致中心处具有锌离子的络合物构成功能性分子，而且具有π电子共轭体系，并且在施加电场后，其结构或取向变化，由此改变介电常数，换句话说改变导电性。界面改性分子、驱动部分子和相邻的驱动部分子通过分子间π-π堆叠而堆叠。
文档编号H01L29/417GK102067350SQ200980122879
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月12日 优先权日2008年6月19日
发明者松居惠理子 申请人:索尼公司