博士（理学）趙 健 偉
学位論文題名
Nanofabrication and confined electron transfer through organlCmonolayerSOnSOlidSubStrateS
（固体基板上の有機単分子膜のナノ構造構築および 制御された電子移動に関する研究）
学位論文内容の要旨
Nano‑lithography, the generation of structures with nanometer scale, is very important to modern science and technology. It supports information technology and permeates our life and society through its important role in mocroelectronics and optoelectronics. Understanding how electrons transfer through organic monolayer is essential in several areas, in rationalizing the electron transfer in biological molecules, exploring the electron transfer mechanism in a live body, fabricating microelectronic devices and sensors, and developing the novel molecular electronic device. This thesis is focused on these two intriguing topics in
nanotechnology; SPM‑based nano‑lithography and electron transfer through organic
monolayers. This thesis consists of four chapters:
Chapter l deals with the general introduction and background of this study.
Chapter 2 is devoted to nano‑lithography of self‑assembled monolayers (SAMs). In this chapter, a novel nano‑lithography technique using a current sensing atomic force microscope (CSAFM) was proposed. The nano‑pattem formation as a function of applied bias, applied force and concentration'of the trace water in the liquid environment was systematically studied. An electrochemical mechanism of the CSAFM‑based nano‑lithography was proposed.
The novel nano‑lithography technique proposed in this thesis can offer a versatile method not
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学 位 論 文 審 査 の 要 旨 主査 教授 魚崎浩平 副査 教授 稲辺 保 副査 教授 中村貴義
（電子科学研究所（大学院地球環境科学 研究科））
，学位論文題名
NanofabriCationandCOnfinedeleCtrontranSfer throughorganlCmon01ayerSOnS01idSubStrateS （固体基板上の有機単分子膜のナノ構造構築およぴ 制 御 さ れ た 電 子 移 動 に 関 す る 研 究 ）
近年、固体表面を有機分子の単分子層で修飾して所望の機能を付与しようとする研究が 活発に行われている。特に、電子素子の高密度化を目指した分子素子・バイオ素子の実現 を目指したナノメートルスケールの機能性表面構造の形成と物性制御が今後重要性を増す ものと考えられている。申請者はこのような観点から電流検出型原子間力顕微鏡(Current sensing atomic force mlcroscope：CSAFM）を用いて、金表面に形成した自己組織化単分子層 のナノファブリケーションとシリコン表面に形成した有機単分子層の局所伝導度測定を行 っている。
まず、金(111）単結晶表面に形成したアルキルチオール自己組織化単分子層に微量の水を 含む トルエ ン溶液中 でCSAFM探針を利 用して 電位を加 えると50 nm程度 の範囲 で分子が 除去されることを示した。さらに別のチオール分子を含む溶液中で同様の操作を行うと表 面分子が除去されると同時に、溶液中のチオール分子の吸着が起こることを見いだした。
さらに水分量や電位の効果を詳細に調べ、ナノ構造の形成が電気化学機構で進むことを提 案した。この研究は比較的簡単な方法でナノメートルスケールの表面構造制御、特に異種 分子のパターン形成が実現できることを実証している。
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ついで申請者はシリコン(111）単結晶表面にシリコンー炭素の直接結合により形成した有 機 単分 子層についてCSAFMに よルバイアスおよび探針にかけるカの関数として、局所 電 気伝導度を測定し、伝導機構について議論している。種々の炭素鎖長の有機単分子層につ いての詳細な測定結果に基づき、この構造が基本的には半導体／絶縁体／金属のいわゆる MIS接合 として特性が理解できる こと、電位降下が主として有機物単分子層中で起こる
こと、さらにこの単分子層が非常に高い誘電特性を示すことを明らかにした。
本 研究 は固 体表 面に 構造を規制して配列した有機単分子層について、CSAFMをナノ構 造 形成と局所電気伝導度測定に適用したものであり、今後のナノ科学の発展に重要な基盤 となる先導的な成果をあげてい る。2編の関連原著論文が、いずれも英文で国際誌に掲載 済みである。
以上、審査員一同は申請者が博士（理学）の学位を受けるのに十分な資格を有するもの と判定した。
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