課題番号(Number of project) ：S-16-TU-0012
利用形態(Type of useｒ support) ：技術代行
利用課題名（日本語） ：単分子薄膜を用いた強相関有機トランジスタの構造推定
Program Title (English) ：Structural estimation for monolayer Mott field-effect transistors
利用者名（日本語） ：須田理行, 楊帆, 山本浩史
Username (English) ：M. Suda, F. Yang, H. M. Yamamoto
所属名（日本語） ：分子科学研究所
Affiliation (English) ：Institute for Molecular Science
検索キーワード ：Self-assembled monolayer, Mott insulator, Field-effect transistor

１．概要（Summary ）
我々は、tetrathiafulvalene(TTF)誘導体かならなる自己組織化単分子膜をチャネル層とした単分子膜モットトランジスタの開発を行っている。既に、単分子膜の形成と電界効果トランジスタとしての動作を確認しているが、性能の向上には単分子膜内の分子配向、密度、ラフネス等の評価が重要である。本課題では、X線回折装置を用いたX線反射率測定を行うことで、単分子膜の膜厚、表面ラフネス、膜内の分子密度分布等を詳細に測定し、デバイス性能向上へのフィードバックを目的とする。

２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
高出力全自動水平型多目的X線回折装置
【実験方法】
Al2O3/SiO2/Si基板上にTTF誘導体からなる自己組織化単分子膜を製膜後、X線回折装置を用いて、X線反射率測定を行った。測定条件は、平行X線を用いた2θ-θスキャン、2θ = 0～6°の条件下で行った。得られた反射率データはGlobal fit (RIGAKU)を用いて解析した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
得られたX線反射率、およびフィッティング結果をFigure 1Aに示した。フィッティング結果より、当初予想されていたアルキル部位、TTF部位からなる2層構造モデルに加えて、低密度な第3層目の存在が示唆された。この第3層についての詳細は現時点では不明であるが、基板との結合を作らずアルキル鎖を上方に向けた分子が存在している可能性が示唆される(Figure 1B)。この結果は、AFMなど他の測定からは観測できておらず、本課題の遂行によって初めて得られた知見である。今後は、本結果を単分子膜の製膜にフィードバックし、分子配向とデバイス性能の相関性を評価していく予定である。

(A) (B)

Figure 1. (A) X-ray reflectivity versus 2θ for TTF monolayer on the Al2O3/SiO2/Si substrate. The blue open circles are data points, while red curve represents corresponding fit to a three layer model. (B) Estimated structure for the TTF monolayer obtained from the X-ray reflectivity measurement.

４．その他・特記事項（Others）
測定にご協力いただいた谷垣勝己教授、下谷秀和准教授(東北大学)に感謝いたします。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。

６．関連特許（Patent）
なし。