新物質合成・FETデバイス構造によるフラーレン化合物の電子相制御
【研究分野】固体物性Ⅱ(磁性・金属・低温)
【研究キーワード】
フラーレン / 電界効果トランジスタ / 自己組織化単分子膜 / 界面修飾 / 電荷注入 / キャリヤ数制御 / フラーレンポリマー / 希土類ドープフラーレン / カーボンナノチューブ / ドーピング / インターカレーション / ネットワーク構造 / 強磁性 / 金属内包フラーレン / 分子回転 / 誘電異常 / MBE
【研究成果の概要】
本研究の目的は、物質開発と電界効果トランジスタによるキャリヤドープによって、フラーレン物質の新しい機能性を引き出すことである。本研究の中で最も重要な成果は、フラーレンFETにおいて、化学的手法による界面修飾によってホール伝導を実現したことである。
まず、フラーレンの薄膜FETの性能を向上させるため、フラーレン蒸着膜を作製した後そのまま高真空下でFET測定を行った。その結果、0.56cm^2/Vsなるn型有機半導体としては最高クラスの易動度を達成した。このデバイス構造において、ゲート絶縁膜を自己組織化単分子膜で修飾することによって、1x10^<12>cm^<-2>程度の面キャリヤ数を制御することに成功した。さらに、自己組織化単分子膜に用いる分子としてフッ化アルキルシランを用いた場合、フラーレントランジスタに両極性的振る舞いが見られることを見出した。この結果は、フラーレンC_<60>FETにホール伝導が観測された最初の例である。
また、物質開発の側面からは、2次元的につながったC60ポリマーに30GPaを上回る高圧を印加すると、新しい3次元ポリマーが生成することを見出した.この3次元ポリマー相は、ダイヤモンド90%の体積弾性率をもつ非常に硬い物質であることも明らかになった。希土類をドープしたフラーレン化合物Sm_<2.75>C_<70>の電子密度レベルの精密構造解析を行い、Smイオンを介してC_<70>とC_<70>が結合した二量体構造を見出した。
【研究代表者】