【発明の詳細な説明】
ディスコティック液晶をベースとした電子機器発明の提示
本発明は、ディスコティック液晶（DLC）が提供する独特な性質を利用する電
子機器およびその局面に関する。
特に、これらの電子機器は、分子レベルで機能すること、すなわち、分子レベ
ルでの電荷の移動および／または検出の恩恵を受けるものである。このような機
器は、典型的には、向上した感度が利点である機器を含むが、それらに限定され
るものではない。
本発明に従った電子機器の例は、以下の装置を含むが、それらに限定されるも
のではない。
ａ）温度センサとして潜在的な適用性を持つ、分子スケールの電流整流器（ダ
イオード）。
ｂ）放射線検出器、化学薬品（chemical）／分子検出器として、また分子スケ
ールで放射線をイメージング（imaging）する際に、また温度センサとして、お
よび、電子写真技術（electronic photography）等において潜在的な適用を持つ
電界効果トランジスタ（FET）装置。この装置に微小形成された電極アレイを設
けることにより、電荷移動素子、分子記録装置、情報記録装置としての適用およ
び電子イメージングへの適用につながる。
ｃ）高感度化学薬品／分子検出器、または光／放射線検出器等として潜在的な
適用を有する、ドープされた電界効果トランジスタ（FET）装置。この装置に、
微小形成された電極を設けることにより、電荷移動素子、分子レジスタ装置、情
報記憶装置および光イメージング（photo imaging）における潜在的な適用につ
ながる。
ｄ）高い電荷キャリア移動特性を有し、光検出器および非線形光学素子におい
て適用される、ドープされた高移動性ディスコティック液晶電界効果トランジス
タ（FET）装置。
ｅ）化学薬品および光照射を感知する高抵抗装置。
ｆ）テレビスクリーンのディスプレイおよび電荷の到着を検出する装置におい
て適用される、蛍光スイッチまたは光学変調装置構造。概略的な背景
電子機器に適した有機材料の探究は、1950年代にさかのぼる。有機材料は、従
来のシリコンをベースとした半導体技術の使用に比べて様々な利点を有する。こ
れらの利点の中には、半導体の堆積厚みを、数層のみの分子層の厚みに至るまで
正確に制御する能力が含まれる。さらに、利用可能な有機分子の無限の多様性に
より、科学者らが、有機材料の特性を、彼らが必要とする特定の適用、例えば、
リン光、蛍光、磁気および電気特性を示すように変更することが可能となる。
有機材料を薄膜電子機器に適用することに関する初期の研究は、ラングミュア
ーブロジェット（LB）薄膜法およびセルフアセンブリ（SA）単層システムも含む
。これらの技術に対する関心の高まりは、新しく、改良された電子機器の発見に
対する関心の高まりを伴った。秩序化された有機材料は、有機／無機ハイブリッ
ド半導体技術の開発において、ますます重要となることが見込まれる。
LB技術は、高分子を含む適切に設計された有機分子層状集合体の超分子構造を
達成するための独特のアプローチを提供する。本来、LB技術は、単純長鎖脂肪族
カルボン酸およびその塩の層状集合体を構築するために設計されたものである。
後に、熱伝達、電荷キャリアの運動、省エネルギー、および分子識別の、分子的
に制御されたプロセスの試験に有用な超分子構造を形成するための複雑な方法へ
と発展した。この方法およびこの方法が提供する、分子集合体を形成するという
独特な機会は、有機分子の分子間相互作用の基本的メカニズムに関心を持つ物理
化学者の間で広く受け入れられたが、実用的な適用はほとんどなかった。
部分的には、これは、特に低分子量の両親媒性分子から成る場合の層状集合体
に固有の不安定さによるものである。温度の不安定性ゆえの再構築プロセスによ
り、数日間室温で保たれた時でさえ、層状構造の漸進的な破壊につながる。
LB膜適用における有機高分子の使用は、分子再構築の問題を克服するために開
発された。最初は、層状集合体の形態での、機能性モノマーの重合が試みられた
。例えば、ジアセチレンのトポ化学的な重合により、組織およびモルホロジーに
ど
のような変化も生じさせることなしにポリマーを形成するモノマーから成る多層
の、真の完全なコンバージョンが提供される。
予備形成されたモノマー層の重合の代替の１つに、LB法のラインに沿った両親
媒性ポリマーの拡散および移動がある。ここでは、両親媒性モノマーのホモポリ
マーまたはコポリマーが、空気と水との界面へと拡散し、圧縮されて移動する。
ほとんどの場合、この移動は、側鎖の固体類似相（solid analogue phase）が形
成される場合にのみ可能である。
Wegner1はさらに、彼が「有毛ロッド」 ("hairy-rods")と呼ぶフタロシアニ
ネートポリシロキサン（Phthalocyaninatopolysiloxanes）に関する彼の研究に
おいて、LB技術を高分子化合物に適用する技術を開発した。Wegner1は、この有
毛ロッド技術をプロトタイプ電子機器、特にpH測定装置に適用した。
高分子LB膜は、本質的により安定性のあるものであるが、LB膜の適用における
高分子有機材料の使用が、電子機器の製造に広く利用されてはいなかったことは
注目に値する。部分的には、これは、このような膜の適用が、所望の自己回復特
性を持たず、膜と導体材料との十分な接触の提供に必要な所望のぬれ特性を有し
ていないからである。しかし、結晶状態と等方性液体状態との間にある液晶状態
は、先端材料との関連性という観点から興味深いものがある。特に、標準固体お
よび高分子LBタイプ膜から作られた装置に比べて、いくつかの潜在的な利点を提
供する。例えば、
ａ）液晶のぬれ特性により、電極との効率的な分子接触が確実となり、その結
果、電極表面に膜を付与するために蒸発技術を用いる必要性が回避される。この
ぬれ特性により、電子機器の作製が大幅に簡略化される。
ｂ）液晶の半流動性と組み合わせられた高度な内部秩序により、万一分子秩序
に乱れが生じる場合には、独特な「自己回復」特性が与えられる。
近年、Closs2は、ディスコティックおよびスメクティック液晶の光伝導性を比
較した。彼の研究の中で、生成された光電流は、多結晶または等方性状態のどち
らよりも、高秩序中間相において高いことが示された。さらに、彼の研究は、デ
ィスコティック液晶相が、アントラセンの単結晶における輸送率に匹敵する電子
の電荷輸送率を示すことを実証した。
ディスコティック液晶における高秩序のカラム状構造は多くの興味を引きつけ
、それらの電子特性を調べる数多くの研究につながった。
Shimizu3は、メソゲン性の5、10、15、20-テトラキス（４-n-ペンタデシルフェニ
ル）ポルフィリンの光電流の整流性質を研究し、２つのインジウム−すずオキサ
イド電極間にメソゲン層を挟むことにより、Ｄh相において、顕著な光電流の整
流が生じることを実証した。
Bengs4は、ヘキサ−アルコキシトリフェニレン（hexa-alkoxytriphenylenes）
の同族系列における光伝導性を研究した。照射下では、中間相においては全ての
試料が光伝導性を示し、等方性相においては、光電流がゼロにまで低下した。全
ての観測結果、すなわち、光電流の相依存性、側鎖の長さの減少に伴って増加す
る光電流の値、および冷却プロセス中のより高い光伝導性を、遷移温度、カラム
間距離、および配向性質の点から説明した。
Adams5は、ヘキサヘキシルチオトリフェニレン（hexahexylthiotriphenylene
）の中間相における光伝導性を研究した。彼の研究の中で、Adamsは、らせんカ
ラム状（Ｈ）相における電荷キャリア移動性は、Ｄh相におけるものよりもはる
かに大きく、有機単結晶における電荷キャリア移動性と同じような程度であるこ
とを発見した。
英国特許書類番号第2 223 493号は、ラジカル塩でドープされたディスコティ
ック液晶材料を記載している。この書類は、ディスコティック液晶相が、ドープ
されていない場合、またはディスコティック液晶の１モル当たり0.5モルより少
なくドープされている場合に、異方性電子特性を有することをさらに記載してい
る。従来技術の問題点
半導体電子機器に用いられた最初の材料の中に、シリコンおよびゲルマニウム
などの無機半導体材料をベースとした装置があった。シリコンなどの無機材料か
ら装置を製造する利点の中には、ロバスト性および信頼性が含まれる。さらに、
無機半導体は、失敗することなしに、何度も「サイクル」（cycle）され得る。
しかし、無機半導体をベースとした装置は多くの欠点を有する。その高い融点
のために、それらの装置は固体の状態でのみ製造され得、その結果、原子の変更
能力(tailorability)が容易に与えられない。しかし、秩序化された薄膜は、「
分子線エピタキシー」（MBE）技術を用いて製造され得る。
さらに、シリコンおよびゲルマニウムなどの無機材料は、不活性な性質のため
に、かろうじて化学的に機能させられ得るのみである。この欠点により、リン光
、蛍光、磁気特性などの性質を示す電子機器に利用され得る、新規の物理的およ
び化学的特性を有する材料の開発が阻止される。
電子機器に用いられる無機材料のさらなる欠点は、電極またはゲートと無機半
導体自体とを接合させる伝導性接着材料の使用が要求されることである。「接着
層」の存在により、このような機器を作成することの問題点に起因する電子機器
の３次元的小型化の程度が制限される。
LB薄膜技術に基づいた電子機器の複雑さは、層状集合体の粒状組織に由来する
。この粒状の組織は、LB膜を作成する過程で生じ、この膜においては、両親媒性
分子が、ラングミュアトラフの空気と水との界面上で拡散している。このプロセ
スの間に、LB膜は、浮遊バリアの作用によって２次元的な連続性固体へと圧縮さ
れる２次元的な結晶のアイランドを急速に形成し得る。
LB薄膜技術のさらなる欠点は、有機膜を電極表面上に付与するために蒸発の方
法に依存することである。蒸発の方法は、欠陥を生じさせる傾向がある。目的
従って、本発明の目的は、半導体層が、制御された方法で電極表面に付与され
得、それによって安定した薄膜が製造され得る装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、様々な物理的または化学的特性、例えば、放射線吸
収特性の変更、蛍光、リン光などを示すように、化学的に容易に機能（function
alised）させられ得る安定した半導体層、好ましくは有機半導体層を有する装置
を提供することである。
前記様々な物理的または化学的特性が、機能化(functionalisation)の量およ
びタイプによって決定されることは当業者には明白であり、従って、上記のリス
トは網羅的なものではなく、むしろ例示を目的としたものである。
本発明のまたさらなる目的は、電極との効果的かつ簡単な接触方法を提供する
ぬれ特性を有し、接着性結合層および蒸発の方法の使用を回避する材料、好まし
くは液晶材料を含む装置を提供することである。
本発明のさらなる目的は、破壊しにくい強い「自己組織力」を有し、自己回復
し得る半導体有機材料を含む装置を提供することである。
また、本発明の目的は、電極またはゲート表面に対する十分な結合特性を生じ
させる半導体有機材料を含む装置を提供することである。
本発明の目的は、伝導性分子ワイヤの役目を果たし得る内部秩序、例えば、デ
ィスコティック液晶を有する半導体有機材料を含む装置を提供することである。
本発明の目的は、ある実施形態においては、カラム状チャネルが、チャネルの
方向に垂直な方向への電流の通過を比較的阻止する効果的な絶縁体を形成する半
導体有機材料、例えばディスコティック液晶を含む装置を提供することである。
本発明の目的は、高温で温度を感知する効率的な整流装置を提供することであ
る。
本発明の目的は、放射線検出器、化学薬品／分子検出器として、そして、分子
スケールで放射線をイメージングする際に、そして、温度センサおよび電子写真
技術において適用され得るFET装置を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、高感度化学薬品／分子検出器、または光／放射
線検出器、または、実際には、この構成に従った他のあらゆる形態の検出器とし
ての潜在的な適用を持つ、ドープされた電界効果トランジスタ（FET）を提供す
ることである。
本発明のまたさらなる目的は、電荷キャリア移動性の高い半導体を有するドー
プされた装置を提供することである。この特定の装置は、光検出器および非線形
光学素子に適用があると考えられる。
本発明のまたさらなる目的は、化学薬品および光照射を感知する高抵抗装置を
提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、テレビのディスプレイスクリーンにおいて潜在
的な適用を有する蛍光スイッチまたは光学変調装置構造、および、電荷の到着を
検出する装置、すなわちシンチレーションカウンターを提供することである。構成に関する項（Consistory Clauses）
本発明の第１の局面によれば、相対する第１および第２の外側電極を有する装
置であって、電極は、ディスコティック液晶材料の膜をその電極間に有し、さら
に、第１の電極は、低い仕事関数の材料を包含し、第２の電極は、高い仕事関数
の材料を包含する装置が提供される。
使用する際には、装置は、電気回路に、理想的には外部に接続され、相対的に
正の電圧が低い仕事関数の電極に印加される場合よりも、相対的に正の電圧が高
い仕事関数の電極に印加される場合に、回路において、相当に大きな電流が流れ
る。この効果の大きさは、温度に対して非常に敏感である。排他的にではないが
、特に高温で敏感である。
上記から、当業者には、この装置が温度検出器に適用を見いだし得ることが明
らかである。
本発明の好適な実施形態においては、ディスコティック液晶は、2、3、6、7、10、1
1ヘキサ−アルコキシトリフェニレン材料であり、好ましくは、2、3、6、7、10、11ヘ
キサ−ヘキシルオキシトリフェニレン（HAT6）材料である。
好適な実施形態においては、低い仕事関数の材料は、アルミニウム、カルシウ
ム、バリウム、または、実際には、低い仕事関数の材料として分類または知られ
るいかなるその他の材料である。
さらなる好適な実施形態においては、高い仕事関数の材料は、インジウムすず
酸化物、シリコンまたは金、あるいは、実際には、高い仕事関数の材料として分
類または知られるいかなるその他の材料である。
本発明の第２の局面によれば、相対する第１および第２の外側電極を有し、電
極間に第１の電極と接触しているディスコティック液晶（DLC）材料を有し、そ
して、第２の電極およびDLC材料に接触している導電体および／または半導体材
料の薄膜を有する電界効果トランジスタ（FET）装置が提供される。
好適な実施形態においては、半導体は、水素不活性化された表面を有するシリ
コンである。
ゲート電位がある場合には、薄膜（半導体または金属）において、独特のゲー
ト電界依存２次元電子バンド構造が得られる。
使用の際には、ゲート電圧は、相対する第１および第２の外側電極に印加され
得、ソース−ドレイン電流は、ゲート電圧に垂直に、薄膜にわたって検出され得
る。
上記から、当業者には、この装置が、電子機器の範囲において、例えば、放射
線検出器として適用され得ることが明らかである。この適用において、DLC材料
における放射線の吸収は、薄膜の表面における周期的な電荷変調のバリエーショ
ンを引き起こし、ソース−ドレイン電流の広いバリエーションにつながる。
さらなる適用が、化学薬品検出または分子検出の分野に存在し得る。この適用
においては、DLC材料における分子により、DLCの複雑な伝導性が感度を上げるよ
うになり、ソース−ドレイン電流に著しいバリエーションが生じる。かさねてこ
れは、DLC材料のこのような分子が、薄膜の表面において周期的な電荷変調を摂
動させ、ソース−ドレイン電流の広いバリエーションにつながるからである。
さらに、装置の他の適用には、分子スケールで放射線をイメージングすること
、温度検出（特に高温の検出）、および電子写真技術が含まれる。
上記の例は、理解の目的でのみ示されたものであり、装置の適用を限定する意
図はないことが理解される。
好適な実施形態においては、第１および第２の電極が金属である。
好適な実施形態においては、薄膜が、金属またはドープされた半導体である。
さらなる好適な実施形態においては、第１の電極は、複数の微小形成された電
極を含む。
上記最後の好適な実施形態から、当業者には、この装置が、多数の適用、例え
ば、電子イメージング装置または多段階の記憶装置としての適用を見いだすこと
が明らかである。
DLC材料における分子カラムの２次元組織化により、薄膜の表面近くで、準２
次元的な周期的電荷変調が生じる。従って、この独特の切り換え可能なバンド構
造は、電極が分子の大きさであるので、分子スケール電荷移動素子としてもみな
され得る。基本的に、薄膜の表面に対する電気的接触は、分子ワイヤ（DLC材料
における分子スタック）のアレイによって行われる。
薄膜をドープすること、または「光」を付与することにより生成される電子ま
たはホールは、DLC材料における分子ワイヤによって生成される周期的な電位に
よって変調される。この周期的および規則的な変調は、［0.1〜１eV］の範囲の
光源および（上記のような）放射線、または（上記のような）電極において吸収
されて電流に変化をもたらす分子などの外部電界によって妨害され得る。電圧は
振動することもでき、および／または、電荷を分子ワイヤに注入し、次に、薄膜
に注入し、いわば、ある長さの時間の間の記憶としてこの電荷を保つために使用
される放射線ビームに関連し、電荷はその後取り除かれ、ソース−ドレイン電流
の変化によって検出され得る。
電極の微小形成および／またはソース−ドレイン電流により、ミクロンおよび
サブミクロンスケールでの局所的なアドレス指定能力の達成が可能となる。これ
は、電荷を蓄積し、分子ワイヤへと、ワイヤの異なる部分において事実上側方拡
散することなしに、電荷を戻し得ることを意味する。ディスコティックシステム
の異方性は、電子輸送に関して102〜104である。
本発明の好適な実施形態においては、DLC材料は、2、3、6、7、10、11ヘキサ−アル
コキシトリフェニレンであり、好ましくはHAT6材料である。
本発明の第３の局面によれば、２つの相対する第１および第２の外側電極であ
って、その電極間に第１の電極と接触しているｐドープDLC材料を有する電極と
、第２の電極とｐドープDLC材料とに接触しているｎドープ半導体材料とを含む
装置が提供される。
使用の際には、電圧が第１および第２の電極に印加され、ソース−ドレイン電
流は、ｎドープ半導体材料にわたって検出可能である。第１および第２の電極へ
の電圧印加により、DLC材料内で、ドーパント対イオンおよびホールが分離され
、ｎドープ半導体材料において電荷の「イメージ」が生じる。この装置のゲート
は、分子の大きさであるだけではなく、DLC材料のカラム構造の分子ワイヤ内で
の独特の電荷分離特性も有する。
上記から、この装置は、多数の適用を見いだし得ることが当業者には明らかで
ある。例えば、この装置は、放射線検出器としての適用を見いだし得る。この適
用においては、放射線の吸収が、ソース−ドレイン電流の変化を誘発する。他の
適用は、分子または化学薬品検出器、DLC材料／半導体材料界面における電荷プ
ロファイルを変化させ、ソース−ドレイン電流に影響を与える、DLC材料への分
子の吸収を含む。
本発明の好適な実施形態においては、装置は、ｐドープDLC材料とｎドープ半
導体材料との接合部における発光に使用され得る。各エミッタは分子ワイヤであ
る。
好適な実施形態においては、第１の電極は、複数の微小形成された電極を含む
。微小形成された複数の電極を設けることにより、ミクロンおよびサブミクロン
スケールでの局所的なアドレス指定能力が可能となる。
上記最後の実施形態から、この装置が、多数の適用、例えば、分子スケール情
報記憶装置として、また、トランジスタ適用および電子イメージング装置におい
て適用を見いだすことが明らかである。
本発明の実施形態においては、２つの異なるソース−ドレイン電流は、電圧に
垂直にｎドープ半導体材料にわたって装置に印加され得、例えば、１方のソース
−ドレイン電流は、ｐドープDLC材料とｎドープ半導体材料との界面で検出され
得、もう１方のソース−ドレイン電流は、ｎドープ半導体材料と第２の電極との
界面で検出され得る。
本発明の好適な実施形態においては、DLC材料は、2、3、6、7、10、11ヘキサ−アル
コキシトリフェニレン材料であり、好ましくはHAT6材料である。
本発明のまたさらなる実施形態においては、複数、理想的には交互の半導体材
料が、電極間に設けられ得、さらに、複数のソースドレイン電流が設けられ得、
理想的には、各ソースドレイン電流は、交互の材料の界面に、または界面に隣接
して設けられ得る。
本発明の第４の局面によれば、第１の電極に接触しているｐドープDLC薄膜材
料を間に有する２つの相対する第１および第２の外側電極と、第２の電極とｐド
ープDLC材料とに接触している高移動性半導体材料とを含む装置が提供される。
使用の際には、電圧が、相対する第１および第２の電極に印加され、ソース−
ドレイン電流は、電圧に垂直な軸に沿って高移動性半導体材料に印加される。
この装置は、電圧の印加の際に、正電荷が高移動性半導体材料に注入され、こ
れらの電荷が、DLC材料にとどまる対イオンからはるばるソース−ドレイン電界
において電流を運ぶという新規な特色を利用する。この装置は、通常のドープさ
れた高移動性半導体材料をベースとした装置とはかなり異なり、使用の際には、
対イオンは、高移動性半導体層にとどまり、ソース−ドレイン電流の流れの移動
性を低下させる散乱体として作用する。
上記から、当業者には、この装置が以下の特徴を提供することが明らかである
。
ａ）ソース−ドレイン電流における、電圧変化に対する超高速応答。これは、
装置が、高移動性半導体材料のバルク中の散乱中心の数を減少させるからである
。
ｂ）ホールの注入のための量子化システムの役目を果たす100Åを下回る非常
に薄いDLC半導体材料。ホールは、その後、量子化システムの副バンドを占める
。
ｃ）より高いキャパシタンスゆえに、より多くの電荷が誘導され得る。
ｄ）空間電荷ゆえの、より高い光感度。
上記から、当業者には、装置が、多くの装置、例えば非線形光学素子としての
適用を見いだすことが明らかである。
本発明の好適な実施形態においては、高移動性半導体材料にわたる２つのソー
ス−ドレイン電流を提供する６端子装置が提供される。
第１のソース−ドレイン電流は、ｐドープDLC薄膜材料と高移動性半導体材料
との界面で検出される。第２のソース−ドレイン電流は、高移動性半導体材料と
第２の最も外側の電極との界面で検出される。
好適な実施形態においては、ｐドープDLC薄膜材料と高移動性半導体材料との
間に、相対的に絶縁性の材料が設けられる。
好適な実施形態においては、高移動性半導体材料と第２の最も外側の電極との
間に、相対的に絶縁性の材料が設けられる。
好適な実施形態においては、ｐドープDLC薄膜材料は、2、3、6、7、10、11ヘキサ−
アルコキシトリフェニレン材料で、好ましくはHAT6材料である。
本発明の第５の局面によれば、材料の表面に２つの金属電極を有するDLC材料
の薄膜と、DLC材料のバルク内に第３の電極とを有する装置が提供される。
使用の際には、表面電極の１方とバルク電極との間に印加された電圧により、
表面上の吸収分子、またはDLC層を貫通する光のいすれか一方に敏感に反応する
電流が生じる。
当業者には、この装置が、高感度化学薬品検出器および／または高感度放射線
検出器として、または電子写真技術の分野において適用を見いだすことが明らか
である。
好適な実施形態においては、表面およびバルク電極は金属である。
好適な実施形態においては、表面電極は、長さ５μm、深さ１μm、および、<
１μmの間隔をあけている。
好適な実施形態においては、電極のアレンジメントは、周期的に繰り返される
。
光学特性、例えば蛍光を示すように改変され得ることは、有機化合物の特性で
ある。従って、蛍光特性を有するDLC材料の合成が、蛍光スイッチまたは光学変
調装置構造などの電子機器における適用につながり得ることが理解される。
従って、本発明の第６の局面によれば、２つの相対する最も外側の第１および
第２の電極を有する装置であって、第１の電極は、実質的に電磁放射線に対して
透過性を有し、電極間に、第１の電極と接触しているドープされていないDLC薄
膜材料と、第２の電極およびドープされていないDLC薄膜材料に接触しているｐ
ドープ半導体材料とが包含され、DLC薄膜材料は、蛍光特性を示している、装置
が提供される。
使用の際には、入射光は、透明な第１の電極を透過し、蛍光を生じさせる、DL
C薄膜材料における励起子が生じる。
電圧パルスは、透明な第１の電極を相対的に負の電位に保った状態で、第１お
よび第２の電極に印加される。電圧パルスにより、正に荷電されたホールが、ｐ
ドープ半導体材料からドープされていない蛍光を発するDLC薄膜材料へと流れる
ようになる。電圧パルスの印加により、外部の光源によってこの領域に発生した
れていないDLC薄膜における荷電された分子にエネルギーを転送するので、蛍光
強度が低下する。荷電された分子は、正に荷電されたホールを共に運ぶので電荷
を有する。
本発明の好適な実施形態においては、ｐドープ半導体材料は、ｐドープDLC材
料である。
この実施形態においては、ｐドープDLC材料から蛍光DLC材料への対イオン、例
えば三塩化アルミニウムの拡散は、電圧の印加により逆方向になり得る。
本発明のさらなる好適な実施形態においては、ｐドープ半導体材料は、蛍光DL
C材料への容易なホールの注入を提供するために従来最適化されていた無機ｐド
ープ半導体である。
上記から、当業者には、DLCベースの蛍光アクティブ素子（Ｆ−アクティブ）
は、従来の蛍光アクティブ（Ｆ−アクティブ）素子に比べていくつかの利点を有
することが明らかである。例えば、
DLCベースのＦ−アクティブ素子は、比較的高い電荷キャリア移動性（μ〜10- 3
cm2/Vs）と共に、１次元自己回復特性を含む。
さらに、DLCベースのＦ−アクティブ素子は、低誘電率ε〜2-4および効率的な
フェルスター転送速度〜1012s-1ゆえに、効率的な拡散およびカラム（Ｄ〜10-3c
m2/sおよびτt<10-8s）に沿って、励起子のトラップ（τt）を示す。
さらに、DLCベースのＦ−アクティブ素子は、効率的なホール注入メカニズム
を提供するｐドープ層において電荷分離を示す。
当業者には、本発明の第６の局面による装置が、蛍光スイッチおよび／または
例えばテレビのスクリーンディスプレイにおける光学変調装置構造、例えばシン
チレーションカウンターなどの電荷の到着を検出する装置として適用を見いだす
ことが明らかである。
上記全ての装置において、材料という用語は、好ましくは、材料の層または膜
を包含する。図面
本発明を、以下の図面を参照し、例示的にのみ説明する。
図１は、典型的なディスコティック液晶の構造および2、3、6、7、10、11ヘキサ−
アルコキシトリフェニレン（HAT6）の構造を示す。
図２は、本発明の第１の局面による装置を示す。
図３は、本発明の第１の局面に関する電流電圧グラフを示す。
図４は、本発明の第１の局面に関して、様々な電圧での電流に対する温度の影
響を示す。
図５は、本発明の第２の局面による装置を示す。
図６は、本発明の第３の局面による装置を示す。
図７は、本発明の第４の局面による装置を示す。
図８は、本発明の第５の局面による装置を示す。
図９は、本発明の第６の局面による装置を示す。
図１０は、HAT6に関して、様々な電圧での伝導性に対する温度の影響を示す。
図１１は、ディスコティックカラム上の電荷が、金属ゲートに付着された超薄
絶縁（オキサイド）層を用いて、どのように分子スケールで保存され得るかを示
す。
図１２は、ディスコティックカラムの周期的なアレイの下での２次元チャネル
における電子によって見られる典型的な電位曲線を模式的に示す。ゲート電圧の
付与により、電位の深さを変更し、その後、電子のバンド構造を切り換え得る。
図１は、ディスコティック液晶における、無秩序な積層アレンジメントのディ
スク状分子を示す。この構造は、無秩序な積層の二次元格子として示され得る。
この構造により、素子に付与し得る新規の性質が得られる：
ａ)液状の性質と組み合わせられた有機物の固体の電子バンド構造。
ｂ)表面に、薄い(数層の分子層程度に薄い)かつ広面積な秩序化された分子のア
レイを設ける能力。
ｃ)高い異方性電荷キャリア移動度。
ｄ)液晶状態における欠陥の自己回復。
図２は、本発明の第１の局面による素子を示す。高い仕事関数の電極２および
低い仕事関数の電極３、ならびにその間に挟持されたＤＬＣ材料からなる薄膜１
を備える。図２はまた、電位差を電極に付与するための外部回路を示す。
図３は、図２の素子を用いて得られた電圧に対する電流のプロットを示す。図
３のグラフは、正の電圧が高い仕事関数の電極に印加された場合にのみ電流が流
れる点で整流作用を明確に示している。負の電圧が高い仕事関数の電極に印加さ
れている場合には、外部回路に電流は流れない。
図４は、図２に示す素子の高い仕事関数の電極に正の電圧が印加された場合、
20、50、および100ボルトの電圧での、温度に対する電流の変化のプロットを示
す。100ボルトにおけるプロットは、ＨＡＴ６が液晶(Ｄh)相の状態になる340Ｋ
の電流にて劇的な上昇を示し、また、液晶(Ｄh)から液体(Ｉ)へと相が変化する
とともに劇的な降下を示す。素子が温度に対して最も高い感度を示すのはこれら
の相転移においてであるが、素子は、Ｄh相全体にわたって、三角で示されるグ
ラフの急峻な曲線部によって示されるように、温度に対して高い感度を示す。
図５を参照すると、本発明の第２の局面による素子が示されており、電極５お
よび６、ディスコティック液状膜(liquid film)材料４、ならびに金属またはド
ープされた半導体の層７を備える電界効果トランジスタ素子を示す。図５はまた
、電極５および６間の電圧、ならびに層７にわたるソース-ドレイン電流を示す
。図５はまた、電荷のイメージがいかにして層７に作られるかを示す。
図６を参照すると、本発明の第３の局面による素子が示されており、電極10お
よび11、ｐ-ドープされたディスコティック液状層８、ならびにｎ-ドープされた
半導体層９を備えた電界効果トランジスタを示す。図６はまた、電極10および11
間のゲート電圧、および層９にわたるソース-ドレイン電流を示す。
図６の右上にはまた、本発明の実施態様が示されており、電極10が複数の微小
形成されたゲート12を備えている。
図７を参照すると、本発明の第４の局面による素子が示されており、電極15お
よび16、ｐ-ドープされたＤＬＣ材料14からなる層、ならびに高移動度の半導体
材料13からなる層を備えた高移動度のＦＥＴを示す。
本素子の実施態様によれば、図７はまた、相対的に絶縁性の層17および18を備
える。
図７はまた、電極15および16間の電圧も示す。
本素子のさらなる実施態様によれば、図７はまた、高移動度の半導体材料13に
わたる２つのソース-ドレイン電流の印加を示す。
図８は、本発明の第５の局面による素子を示す。図８は、電極20および21が表
面に埋め込まれ、電極22がバルク中に埋め込まれた、ＤＬＣ層19を示す。
図９は、本発明の第６の局面による素子を示す。図９は、ＤＬＣ材料または無
機半導体材料のいずれかを含み得る、蛍光アンドープＤＬＣ層23およびｐ-ドー
プされた層24を示す。図９はまた、第１の透明電極25および第２の電極26を示す
。領域δは、電磁放射線(λI)が蛍光アンドープＤＬＣ材料に入射する距離であ
る「表面深さ(skin-depth)」を示す。
図10は、種々の電圧におけるＨＡＴ６の導電率に対する温度の影響を示す。こ
れらの結果は、本材料がこれらの温度において非常に良好な絶縁性を有すること
を示している。
図11および12を参照すると、ディスコティック液晶は、高品質な絶縁膜を形成
し、電界効果トランジスタ[ＦＥＴ]のゲートの従来の絶縁バリアの代用として部
分的に使用できる。セルフアセンブリした分子ワイヤのアレイは、反転層に形成
された２次元電子ガスに対してアドレスする。分子カラムは、表面不活性化層、
あるいは必要であれば「複数の」表面不活性化層を介して半導体面と接触する。シ
リコントランジスタの場合、単層の水素と結合することによって、表面の不活性
化状態が得られる。チャネルにおける電子と分子カラムとの結合によって、分子
および印加されるゲート電位に依存して0.05から0.2ｅＶの範囲にある実質的な
電位が増加する。この電位は、室温における熱エネルギーより相当大きい。アク
ティブチャネルのカラム下の電子をトラップするエネルギーは、ほぼ0.2から0.5
ｅＶ程度である。ディスコティック膜に印加されるゲート電圧を変化することに
よって、チャネル中の電位井戸(potential well)の深さを、ＨＡＴ-ｎにおいて
は最高0.1ｅＶまで、またさらに低いバンドギャップを有する材料を使用するこ
とによりさらに深くまで増すことが可能になる。このようにして、電子バンド構
造が、「バンド」の局在化を達成する可能性を有し、ある状態から他の状態にスイ
ッチ可能な種類のＦＥＴ装置は、技術者にとって極めてまれなものである。バン
ド構造によって、特に、電子運動(移動度)の速度、飽和速度(最高速度)、および
バンドギャップの大きさが決定する。
用途：１)スイッチングチャネルコンダクタンスＦＥＴ
２)分子スケール電荷蓄積のための電位を有するメモリ素子
３)分子の分子スケールのイメージングのための電位を有するガスおよび
分子の感度素子。
感度素子は、吸着された分子がディスコティック膜の複合コンダクタンス特性
を有意に変化するという事実を利用し、このように電位を変化して、チャネルを
形成、かつ反転層中の電子をソースからドレインへ流す。従って、分子は、ソー
スドレイン電流の変化として検出される。特定のガスおよび吸着分子に対して特
異的に応答する、特別に設計された分子側鎖を用いることにより選択性が得られ
る。特異的な応答は、分子カラムに沿ったまたは分子カラムにわたる誘導導電率
の変化の強度によって生じる。参考文献
(１) G．Wegner Ber．Bunsenges．Phys．Chem.，1991，Vol 95，1326
(２) F．Closs et al，Liquid Crystals，1993，Vol 14，629
(３) Y．Shimizu et al，J Chem．Soc.，Chem．Commun，1993，656
(４) H．Bengs et al，Liquid Crystals，1993，Vol 15，565
(５) D．Adams et al，Nature，1994，Vol 371，141DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Electronic equipment based on discotic liquid crystalPresentation of invention
The present invention utilizes a unique property provided by discotic liquid crystal (DLC).
The present invention relates to a child device and an aspect thereof.
In particular, these electronic devices function at the molecular level, that is, at the molecular level.
Benefit from the transfer and / or detection of charge in the device. Such a machine
Instruments typically include, but are not limited to, instruments where increased sensitivity is an advantage.
Not something.
Examples of electronic devices according to the present invention include, but are not limited to, the following devices:
Not.
a) A molecular scale current rectifier (da) with potential applicability as a temperature sensor
Iod).
b) Radiation detector, chemical / molecular detector, and molecular scale
When imaging radiation with a tool, and as a temperature sensor
And has potential applications in electronic photography, etc.
Field effect transistor (FET) devices. This device is equipped with a micro-formed electrode array.
By applying this method, application as a charge transfer device, a molecular recording device,
And application to electronic imaging.
c) Potential as sensitive chemical / molecule detector or light / radiation detector etc.
A doped field effect transistor (FET) device having an application. In this device,
By providing minutely formed electrodes, charge transfer elements, molecular register devices, information
Information storage devices and potential applications in photo imaging
It goes.
d) High charge carrier transfer characteristics, which can be found in photodetectors and nonlinear optical elements.
Highly mobile discotic liquid crystal field effect transistors applied by
(FET) device.
e) High resistance device that senses chemicals and light irradiation.
f) In the display of the television screen and in the device for detecting the arrival of charges
Fluorescent switch or optical modulator structure.Schematic background
The search for organic materials suitable for electronic equipment dates back to the 1950s. Organic materials
It has various advantages over the use of conventional silicon-based semiconductor technology. This
Some of these advantages include reducing the thickness of semiconductor deposition down to the thickness of only a few molecular layers.
Includes the ability to control precisely. In addition, the unlimited diversity of available organic molecules
Rather, scientists will be able to determine the properties of organic materials in the specific applications they need, for example,
It can be modified to show phosphorescence, fluorescence, magnetic and electrical properties.
Early work on the application of organic materials to thin-film electronics was reported by Langmuir.
-Including Blojet (LB) thin film method and self-assembly (SA) single layer system
. The growing interest in these technologies has led to the discovery of new and improved electronics.
There was a growing interest in it. Ordered organic materials are organic / inorganic hybrids.
Is expected to become increasingly important in the development of semiconductor technology.
LB technology combines the supramolecular structure of well-designed organic molecular layered assemblies, including polymers.
Provides a unique approach to accomplish. Originally, LB technology is simple long-chain aliphatic
It is designed to construct a layered assembly of carboxylic acids and their salts.
Later, molecular studies of heat transfer, charge carrier motion, energy savings, and molecular identification
Complex methods to form supramolecular structures useful for testing well-controlled processes
And developed. The method and the method provided herein provide for forming a molecular assembly.
A unique opportunity is the physics concerned with the basic mechanism of the intermolecular interaction of organic molecules.
Although widely accepted among chemists, there were few practical applications.
In part, this is a layered assembly, especially when it consists of low molecular weight amphipathic molecules.
Due to the inherent instability of Due to the reconstruction process due to temperature instability
And leads to the progressive destruction of the layered structure, even when kept at room temperature for several days.
The use of organic macromolecules in LB membrane applications has opened up to overcome the problem of molecular remodeling.
Was issued. At first, attempts were made to polymerize functional monomers in the form of layered assemblies
. For example, by the topochemical polymerization of diacetylene, tissue and morphology
Th
Multilayer of monomers forming a polymer without causing such changes
A true and complete conversion.
One alternative to the polymerization of the preformed monomer layer is to use the parents along the LB line.
There is diffusion and migration of the amphiphilic polymer. Here, the amphiphilic monomer homopoly
The mer or copolymer diffuses to the air-water interface and is compressed and moves.
In most cases, this movement is due to the formation of a solid analogue phase of the side chain.
This is only possible if done.
Wegner1In addition, the phthalocyanine he calls "hairy-rods"
In his research on Phthhalocyaninatopolysiloxanes
In addition, we developed a technology to apply LB technology to polymer compounds. Wegner1Is this
The hair rod technology has been applied to prototype electronics, especially pH measuring devices.
Polymer LB membranes are inherently more stable, but are not suitable for LB membrane applications.
The use of high-molecular-weight organic materials was not widely used in the manufacture of electronic devices.
Notable. In part, this is because the application of such membranes may have the desired self-healing properties.
With the desired wetting properties necessary to provide sufficient contact between the membrane and the conductor material
Because they are not. However, the liquid crystal state between the crystalline state and the isotropic liquid state
Is interesting in terms of its relevance to advanced materials. In particular, standard solids and
Offer several potential advantages over devices made from
Offer. For example,
a) The wetting properties of the liquid crystal ensure efficient molecular contact with the electrodes,
As a result, the need to use evaporation techniques to apply the film to the electrode surface is avoided. this
Wetting properties greatly simplifies the fabrication of electronic devices.
b) Due to the high internal order combined with the semi-fluidity of the liquid crystal,
If the turbulence occurs, a unique "self-healing" property is provided.
Recently, ClossTwoCompares the photoconductivity of discotic and smectic liquid crystals
Compared. In his work, the photocurrent generated was either polycrystalline or isotropic.
It was shown that they were higher in the highly ordered mesophase than in these. In addition, his research
The discotic liquid crystal phase has an electron comparable to the transport rate in single crystals of anthracene.
It has been demonstrated that the charge transport rate of
Highly ordered columnar structures in discotic liquid crystals attract much interest
, Led to numerous studies examining their electronic properties.
ShimizuThreeIs a mesogenic 5,10,15,20-tetrakis (4-n-pentadecylphenyl)
Le) studying the rectifying properties of the photocurrent of porphyrins and studying two indium-tin oxa
By interposing a mesogen layer between the anodes,hIn the phase, a significant photocurrent regulation
It has been demonstrated that flow occurs.
BengsFourStands for hexa-alkoxytriphenylenes
The photoconductivity in a homologous series was studied. Under irradiation, all of the mesophase
The sample showed photoconductivity, and in the isotropic phase the photocurrent dropped to zero. all
Observations, i.e., the phase dependence of the photocurrent, which increases with decreasing side chain length.
Photocurrent value and higher photoconductivity during the cooling process
This has been described in terms of the distance between layers and the orientation properties.
AdamsFiveIs hexahexylthiotriphenylene
) The photoconductivity in the mesophase was studied. In his study, Adams
The charge carrier mobility in the lamb (H) phase is DhMore than in phase
Large enough to be similar to the charge carrier mobility in organic single crystals.
And discovered.
UK Patent Document No. 2 223 493 discloses a discotic compound doped with radical salts.
A liquid crystal material is described. This document shows that the discotic liquid crystal phase
If not, or less than 0.5 mole per mole of discotic liquid crystal
Further doped to have anisotropic electronic properties when doped.
You.Problems of the prior art
Silicon and germanium were among the first materials used in semiconductor electronics
There have been devices based on inorganic semiconductor materials such as these. Inorganic material such as silicon
Among the advantages of manufacturing these devices include robustness and reliability. further,
Inorganic semiconductors can be "cycled" many times without failure.
However, devices based on inorganic semiconductors have a number of disadvantages. Its high melting point
Because of that, those devices can only be manufactured in the solid state, thus changing the atom
Tailorability is not easily provided. However, ordered thin films
It can be manufactured using molecular beam epitaxy (MBE) technology.
In addition, inorganic materials such as silicon and germanium are inert due to their inert nature.
In addition, it can only be barely made to function chemically. Due to this disadvantage, phosphorescence
New physical and physical properties that can be used in electronic devices that exhibit properties such as fluorescence, magnetic properties, etc.
And the development of materials with chemical properties.
A further disadvantage of inorganic materials used in electronics is that the electrodes or gates and the inorganic
What is required is the use of a conductive adhesive material that joins the conductor itself. "Adhesion
Electronic equipment due to the problem of creating such equipment due to the existence of "layer"
The degree of three-dimensional miniaturization is limited.
The complexity of electronics based on LB thin film technology stems from the granular structure of layered assemblies
. This granular structure occurs during the process of making the LB film, where the amphiphilic
Molecules are diffusing on the Langmuir Trough air-water interface. This process
During this process, the LB film is compressed into a two-dimensional continuous solid by the action of the floating barrier.
A two-dimensional crystal island can be rapidly formed.
A further disadvantage of LB thin film technology is that evaporation is more difficult due to the deposition of the organic film on the electrode surface.
It depends on the law. Evaporation methods tend to cause defects.Purpose
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method in which a semiconductor layer is applied to an electrode surface in a controlled manner.
It is an object of the present invention to provide an apparatus by which a stable thin film can be manufactured.
A further object of the invention is to provide various physical or chemical properties, such as radiation absorption.
Chemically easy to function (function change, fluorescence, phosphorescence, etc.)
device with a stable semiconductor layer, preferably an organic semiconductor layer, which can be alised)
It is to provide.
The various physical or chemical properties are dependent on the amount of functionalisation and
It will be apparent to those skilled in the art that the
The list is not exhaustive, but rather for illustrative purposes.
It is a still further object of the present invention to provide an effective and simple method of contacting an electrode.
A material that has wetting properties and avoids the use of adhesive tie layers and methods of evaporation, preferably
Or a device including a liquid crystal material.
A further object of the present invention is to have a strong "self-organizing power"
To provide a device comprising a semiconductive organic material.
It is also an object of the present invention to produce sufficient coupling characteristics to the electrode or gate surface.
It is an object of the present invention to provide a device containing a semiconductor organic material.
It is an object of the present invention to provide an internal order that can serve as a conductive molecular wire, e.g.
It is an object to provide a device including a semiconductor organic material having a discotic liquid crystal.
It is an object of the present invention that, in one embodiment, the columnar channel is
A half that forms an effective insulator that relatively blocks the passage of current in a direction perpendicular to the
It is to provide a device comprising a conductive organic material, for example a discotic liquid crystal.
It is an object of the present invention to provide an efficient rectifier that senses temperature at high temperatures.
You.
The object of the present invention is as a radiation detector, a chemical / molecule detector and
When imaging radiation on a scale, and with temperature sensors and electrophotography
It is to provide an FET device that can be applied in the technology.
A still further object of the present invention is to provide a sensitive chemical / molecular detector or light / emission
Line detector, or indeed any other form of detector according to this configuration.
Providing doped field effect transistors (FETs) with all potential applications
Is Rukoto.
A still further object of the present invention is to provide a semiconductor device having a semiconductor having high charge carrier mobility.
Is to provide a locked device. This particular device consists of a photodetector and a nonlinear
It is considered applicable to optical elements.
A still further object of the present invention is to provide a high resistance device for sensing chemicals and light irradiation.
To provide.
A still further object of the present invention is to provide a potential display screen for a television.
Switch or optical modulator structure with typical application and charge arrival
Providing a device to detect, ie, a scintillation counter.Consistency Clauses
According to a first aspect of the present invention, a device having opposing first and second outer electrodes.
The electrode having a film of discotic liquid crystal material between the electrodes, and further comprising:
The first electrode comprises a low work function material and the second electrode comprises a high work function material.
An apparatus is provided that includes the material of
In use, the device is connected to electrical circuits, ideally externally, and relatively
A relatively positive voltage is higher than when a positive voltage is applied to a lower work function electrode.
When applied to electrodes with a poor work function, a fairly large current flows in the circuit.
You. The magnitude of this effect is very sensitive to temperature. Although not exclusively
Sensitive, especially at high temperatures.
From the above, it will be clear to those skilled in the art that this device may find application in temperature detectors.
It is easy.
In a preferred embodiment of the present invention, the discotic liquid crystal is 2, 3, 6, 7, 10, 1
1 hexa-alkoxytriphenylene material, preferably 2, 3, 6, 7, 10, 11
Xa-hexyloxytriphenylene (HAT6) material.
In a preferred embodiment, the low work function material is aluminum,
Or barium, or, in fact, classified or known as a low work function material
Any other material.
In a further preferred embodiment, the high work function material is indium tin.
Oxides, silicon or gold, or, in fact, as high work function materials
Or any other known material.
According to a second aspect of the present invention, there are opposed first and second outer electrodes, and
A discotic liquid crystal (DLC) material in contact with the first electrode between the poles;
Conductor and / or semiconductor material in contact with the second electrode and the DLC material
A field effect transistor (FET) device having a thin film of material is provided.
In a preferred embodiment, the semiconductor is a silicon having a hydrogen passivated surface.
Kon.
When there is a gate potential, a unique gate in a thin film (semiconductor or metal)
A two-dimensional electron band structure dependent on the electric field is obtained.
In use, a gate voltage is applied to opposing first and second outer electrodes.
Source-drain current can be detected across the thin film, perpendicular to the gate voltage.
You.
From the above, it will be appreciated by those skilled in the art that this device can
Obviously, it can be applied as a line detector. In this application, DLC material
Absorption of radiation at the surface is a variation of periodic charge modulation at the surface of the thin film
And leads to a wide variation in source-drain current.
Further applications may exist in the field of chemical or molecular detection. This application
In some cases, the complex conductivity of DLC increases sensitivity due to molecules in the DLC material.
This leads to significant variations in source-drain current. Kaneko Neko
This is because such molecules of DLC material absorb periodic charge modulation at the surface of the thin film.
This leads to a wide variation in source-drain current.
In addition, other applications of the device include imaging radiation at the molecular scale
Temperature detection (especially high temperature detection), and electrophotography.
The above examples are given only for the purpose of understanding and are intended to limit the application of the device.
It is understood that there are no figures.
In a preferred embodiment, the first and second electrodes are metal.
In a preferred embodiment, the thin film is a metal or a doped semiconductor.
In a further preferred embodiment, the first electrode comprises a plurality of micro-formed electrodes.
Including poles.
From the last preferred embodiment described above, those skilled in the art will recognize that the device is suitable for many applications, such as
For example, finding applications as electronic imaging devices or multi-stage storage devices
Is evident.
Due to the two-dimensional organization of the molecular column in the DLC material, near quasi-two
A dimensional periodic charge modulation occurs. Therefore, this unique switchable band structure
Since the electrodes are the size of a molecule, they can be regarded as molecular scale charge transfer devices.
Can be done. Basically, electrical contact with the surface of the thin film is made by molecular wire (DLC material)
Of the molecule stack).
The electrons or electrons generated by doping the thin film or imparting “light”
Or holes are exposed to a periodic potential created by molecular wires in the DLC material.
Therefore, it is modulated. This periodic and regular modulation has a range of [0.1-1 eV].
Absorbed at the light source and radiation (as above) or electrodes (as above)
And can be disturbed by external electric fields, such as molecules that cause a change in current. The voltage is
It can also be oscillated and / or inject charge into the molecular wire,
Used to keep this charge as a memory for a certain length of time, so to speak
Charge is then removed and the source-drain current
Can be detected.
Due to the microfabrication of electrodes and / or source-drain currents,
Local addressability at the submicron scale can be achieved. this
Accumulates charge and effectively expands up to the molecular wire in different parts of the wire.
It means that the charge can be returned without scattering. Discotic system
Has an anisotropy of 10Two~TenFourIt is.
In a preferred embodiment of the present invention, the DLC material is 2,3,6,7,10,11 hexa-Al
Coxytriphenylene, preferably HAT6 material.
According to a third aspect of the invention, there are two opposing first and second outer electrodes.
An electrode having a p-doped DLC material in contact with the first electrode between the electrodes;
, An n-doped semiconductor material in contact with the second electrode and the p-doped DLC material
An apparatus is provided.
In use, a voltage is applied to the first and second electrodes and the source-drain voltage is applied.
The flow is detectable over the n-doped semiconductor material. To the first and second electrodes
Voltage separates the dopant counterions and holes in the DLC material.
, An "image" of charge occurs in the n-doped semiconductor material. Gate of this device
Is not only the size of the molecule, but also within the molecular wire of the DLC material column structure.
It also has the unique charge separation characteristics of
From the above, it will be apparent to those skilled in the art that this device may find numerous applications.
is there. For example, the device may find application as a radiation detector. This fit
In applications, the absorption of radiation induces a change in source-drain current. other
Applications include molecular or chemical detectors, charge pumping at DLC material / semiconductor material interfaces.
To the DLC material, which changes the profile and affects the source-drain current
Including child absorption.
In a preferred embodiment of the present invention, the device comprises a p-doped DLC material and an n-doped half
It can be used for light emission at the junction with the conductor material. Each emitter is a molecular wire
You.
In a preferred embodiment, the first electrode comprises a plurality of micro-formed electrodes
. Micron and sub-micron by providing multiple micro-formed electrodes
Local addressability on a scale is possible.
From the last embodiment above, this device has been used in a number of applications, for example molecular scale information.
Information storage device, and in transistor application and electronic imaging devices.
It is clear to find application.
In an embodiment of the present invention, two different source-drain currents are
Can be applied to the device vertically across the n-doped semiconductor material, for example, one source
The drain current is detected at the interface between the p-doped DLC material and the n-doped semiconductor material
And the other source-drain current is between the n-doped semiconductor material and the second electrode.
It can be detected at the interface.
In a preferred embodiment of the present invention, the DLC material is 2,3,6,7,10,11 hexa-Al
Coxytriphenylene material, preferably HAT6 material.
In yet a further embodiment of the invention, a plurality, ideally alternating semiconductor materials are provided.
Material may be provided between the electrodes, and further, a plurality of source-drain currents may be provided;
Ideally, each source-drain current should be at or adjacent to an alternate material interface
Can be provided.
According to a fourth aspect of the present invention, a p-doped DLC thin film material in contact with a first electrode
Two opposing first and second outer electrodes having a charge therebetween, a second electrode and
An apparatus is provided that includes a high mobility semiconductor material in contact with a loop DLC material.
In use, a voltage is applied to opposing first and second electrodes and the source-
Drain current is applied to the highly mobile semiconductor material along an axis perpendicular to the voltage.
In this device, when a voltage is applied, a positive charge is injected into a highly mobile semiconductor material.
The source-drain electric field extends these charges all the way from the counter ions that remain in the DLC material.
Utilizes a new feature of carrying current. This device is normally doped
In contrast to devices based on highly mobile semiconductor materials,
The counter ions remain in the highly mobile semiconductor layer and transfer the source-drain current flow.
It acts as a scatterer to reduce the properties.
From the above, it is clear to a person skilled in the art that this device offers the following features:
.
a) Ultra-fast response to voltage changes in source-drain current. this is,
Because the device reduces the number of scattering centers in the bulk of the highly mobile semiconductor material
.
b) Less than 100 mm emergency serving as a quantization system for hole injection
Thin DLC semiconductor material. Hall then occupies a sub-band of the quantization system
.
c) Because of the higher capacitance, more charge can be induced.
d) Higher light sensitivity due to space charge.
From the above, it will be appreciated by those skilled in the art that the device is compatible with many devices, for example,
It is clear to find an application.
In a preferred embodiment of the present invention, two sources across a highly mobile semiconductor material are provided.
A six-terminal device for providing a drain current is provided.
The first source-drain current is a p-doped DLC thin film material and a high mobility semiconductor material
Detected at the interface with The second source-drain current is coupled with the highly mobile semiconductor material.
It is detected at the interface with the second outermost electrode.
In a preferred embodiment, the p-doped DLC thin film material is combined with a highly mobile semiconductor material.
A relatively insulating material is provided between them.
In a preferred embodiment, the high mobility semiconductor material and the second outermost electrode
A relatively insulating material is provided between them.
In a preferred embodiment, the p-doped DLC thin film material is 2, 3, 6, 7, 10, 11 hexa-
An alkoxytriphenylene material, preferably a HAT6 material.
According to a fifth aspect of the present invention, a DLC material having two metal electrodes on the surface of the material
And a third electrode within the bulk of the DLC material.
In use, by the voltage applied between one of the surface electrodes and the bulk electrode,
Sensitive to either absorbing molecules on the surface or light penetrating the DLC layer
An electric current is generated.
One of skill in the art will appreciate that the device may be a sensitive chemical detector and / or sensitive radiation.
Clearly finds application as a detector or in the field of electrophotography
It is.
In a preferred embodiment, the surface and bulk electrodes are metal.
In a preferred embodiment, the surface electrode is 5 μm long, 1 μm deep, and <
An interval of 1 μm is provided.
In a preferred embodiment, the arrangement of the electrodes is repeated periodically.
.
Optical properties, such as being able to be modified to show fluorescence, are properties of the organic compound.
is there. Therefore, the synthesis of DLC materials with fluorescent properties is not possible with fluorescent switches or optical modulators.
It is understood that this can lead to applications in electronic equipment, such as a control device structure.
Thus, according to a sixth aspect of the present invention, the two opposing outermost first and
An apparatus having a second electrode, wherein the first electrode is substantially exposed to electromagnetic radiation.
An undoped DLC film that is permeable and in contact with the first electrode between the electrodes;
The membrane material and the p in contact with the second electrode and the undoped DLC thin film material
A doped semiconductor material, wherein the DLC thin film material exhibits fluorescent properties;
Is provided.
In use, incident light is transmitted through the transparent first electrode to produce fluorescence, DL
Exciton in C thin film material is generated.
The voltage pulse is applied to the first electrode while the transparent first electrode is maintained at a relatively negative potential.
And the second electrode. Due to the voltage pulse, the positively charged hole becomes p
Flow from doped semiconductor material to undoped fluorescent DLC thin film material
Become like Generated in this area by an external light source by applying a voltage pulse
Transfer energy to charged molecules in unprocessed DLC films, so
Strength decreases. Charged molecules carry positively charged holes together, thus
Having.
In a preferred embodiment of the invention, the p-doped semiconductor material is a p-doped DLC material
Fees.
In this embodiment, a counter ion from a p-doped DLC material to a fluorescent DLC material, e.g.
For example, the diffusion of aluminum trichloride can be reversed by the application of a voltage.
In a further preferred embodiment of the invention, the p-doped semiconductor material comprises a fluorescent DL
Previously optimized inorganic p-doses to provide easy hole injection into C material
Semiconductor.
From the above, it will be appreciated by those skilled in the art that DLC-based fluorescent active devices (F-active)
Has several advantages over conventional fluorescent active (F-active) devices.
It is clear that For example,
DLC-based F-active devices have relatively high charge carrier mobilities (μ〜10- Three
cmTwo/ Vs) and one-dimensional self-healing characteristics.
Further, DLC-based F-active devices have low dielectric constants
Forster transfer speed ~ 1012s-1Therefore, efficient diffusion and column (D-10-3c
mTwo/ s and τt<10-8s) along with the exciton trap (τt).
In addition, DLC-based F-active devices provide an efficient hole injection mechanism
Shows charge separation in the p-doped layer providing
One of ordinary skill in the art will appreciate that the device according to the sixth aspect of the present invention may comprise a fluorescent switch and / or
For example, an optical modulator structure in a television screen display, for example,
Finds application as a device for detecting the arrival of charge, such as a chilation counter
It is clear that.
In all of the above devices, the term material preferably refers to a layer or film of material
Is included.Drawing
The present invention will now be described, by way of example only, with reference to the following drawings.
FIG. 1 shows the structure of a typical discotic liquid crystal and 2, 3, 6, 7, 10, 11 hexa-
1 shows the structure of alkoxytriphenylene (HAT6).
FIG. 2 shows an apparatus according to a first aspect of the present invention.
FIG. 3 shows a current-voltage graph according to the first aspect of the present invention.
FIG. 4 shows the effect of temperature on current at various voltages for the first aspect of the invention.
Shows sound.
FIG. 5 shows an apparatus according to the second aspect of the present invention.
FIG. 6 shows an apparatus according to the third aspect of the present invention.
FIG. 7 shows an apparatus according to a fourth aspect of the present invention.
FIG. 8 shows an apparatus according to the fifth aspect of the present invention.
FIG. 9 shows an apparatus according to the sixth aspect of the present invention.
FIG. 10 shows the effect of temperature on conductivity at various voltages for HAT6.
FIG. 11 shows that the charge on the discotic column is super-thin attached to a metal gate.
Shows how it can be preserved on a molecular scale using an insulating (oxide) layer
You.
FIG. 12 shows a two-dimensional channel under a periodic array of discotic columns.
5 schematically shows a typical potential curve seen by the electrons in FIG. Of gate voltage
The application can change the depth of the potential and then switch the band structure of the electrons.
Fig. 1 shows a disordered arrangement of a discotic liquid crystal.
2 shows a mask-like molecule. This structure can be shown as a two-dimensional lattice of disordered stacks.
This structure provides new properties that can be imparted to the device:
a) The electronic band structure of an organic solid combined with its liquid nature.
b) The surface (thin as thin as several molecular layers) of a large area of ordered molecules
Ability to set up a ray.
c) High anisotropic charge carrier mobility.
d) Self-healing of defects in the liquid crystal state.
FIG. 2 shows a device according to a first aspect of the present invention. High work function electrode 2 and
A low work function electrode 3 and a thin film 1 of DLC material sandwiched therebetween
Is provided. FIG. 2 also shows an external circuit for applying a potential difference to the electrodes.
FIG. 3 shows a plot of current versus voltage obtained with the device of FIG. Figure
Graph 3 shows that current flows only when a positive voltage is applied to a high work function electrode.
This clearly shows the rectification effect. Negative voltage applied to high work function electrode
If it is, no current flows to the external circuit.
FIG. 4 shows that when a positive voltage is applied to the high work function electrode of the device shown in FIG.
Shows a plot of the change in current with temperature for voltages of 20, 50, and 100 volts.
You. The plot at 100 volts shows that HAT6 is liquid crystal (Dh340K to be in phase
Of the liquid crystal (D)h) To liquid (I)
Shows a dramatic descent with. It is these elements that show the highest sensitivity to temperature
In the phase transition ofhGroup represented by triangles throughout the phase
High sensitivity to temperature, as indicated by the steep curve of the rough.
Referring to FIG. 5, there is shown a device according to the second aspect of the present invention, in which the electrodes 5 and
And 6, discotic liquid film material 4, and metal or metal
1 shows a field-effect transistor element with a stripped semiconductor layer 7. FIG. 5 also
, The voltage between electrodes 5 and 6, and the source-drain current across layer 7
. FIG. 5 also shows how a charge image is created in layer 7.
Referring to FIG. 6, there is shown a device according to a third aspect of the present invention, comprising electrodes 10 and
And 11, p-doped discotic liquid layer 8, and n-doped
1 shows a field-effect transistor including a semiconductor layer 9. FIG. 6 also shows electrodes 10 and 11
The gate voltage during, and the source-drain current across layer 9 are shown.
Also shown in the upper right of FIG. 6 is an embodiment of the present invention in which the electrode 10 comprises a plurality of microscopic
It has a gate 12 formed.
Referring to FIG. 7, there is shown a device according to a fourth aspect of the present invention, comprising electrodes 15 and
And 16, layers of p-doped DLC material 14, and high mobility semiconductors
4 shows a high mobility FET with a layer of material 13.
According to an embodiment of the device, FIG. 7 also comprises relatively insulating layers 17 and 18.
I can.
FIG. 7 also shows the voltage between electrodes 15 and 16.
According to a further embodiment of the device, FIG. 7 also shows a high mobility semiconductor material 13.
2 illustrates the application of two source-drain currents across.
FIG. 8 shows a device according to the fifth aspect of the present invention. FIG. 8 shows electrodes 20 and 21
The DLC layer 19 is shown embedded in the surface, with the electrodes 22 embedded in the bulk.
FIG. 9 shows a device according to a sixth aspect of the present invention. FIG. 9 shows DLC material or no
Undoped DLC layer 23 and p-doped layer, which may include any of the organic semiconductor materials.
The layer 24 is shown as being locked. FIG. 9 also shows a first transparent electrode 25 and a second electrode 26.
. The region δ is determined by the electromagnetic radiation (λI) Is the distance incident on the fluorescent undoped DLC material.
"Skin-depth".
FIG. 10 shows the effect of temperature on the conductivity of HAT6 at various voltages. This
These results indicate that the material has very good insulation at these temperatures.
Is shown.
Referring to FIGS. 11 and 12, the discotic liquid crystal forms a high-quality insulating film.
As a substitute for the conventional insulating barrier of the gate of a field effect transistor [FET].
Can be used separately. Array of self-assembled molecular wires formed on the inversion layer
The two-dimensional electron gas is addressed. The molecular column has a surface passivation layer,
Or, if necessary, contacting the semiconductor surface through "plurality" of surface passivation layers. Shi
In the case of a recon transistor, the surface is inerted by bonding with hydrogen in a single layer.
State is obtained. The coupling between the electron and the molecular column in the channel results in a molecular
And substantially in the range of 0.05 to 0.2 eV, depending on the applied gate potential.
The potential increases. This potential is much higher than the thermal energy at room temperature. Aku
The energy to trap electrons under the active channel column is approximately 0.2 to 0.5
It is about eV. Changing the gate voltage applied to the discotic film
Therefore, the depth of the potential well in the channel is
Use materials with a bandgap up to 0.1 eV and even lower.
This makes it possible to further increase the depth. In this way, the electronic band structure
Have the potential to achieve “band” localization and switch from one state to another.
Switchable types of FET devices are extremely rare for engineers. Van
The electron structure (mobility) speed, saturation speed (maximum speed), and
The size of the band gap is determined.
Application: 1) Switching channel conductance FET
2) A memory element having a potential for accumulating charge on a molecular scale
3) Gas with potential for molecular-scale imaging of molecules and
Molecular sensitivity element.
The sensitive element has a complex conductance characteristic of the discotic film
Utilizing the fact that changes the potential significantly, and thus changing the potential,
The electrons in the inversion layer are formed and flow from the source to the drain. Therefore, the molecule
This is detected as a change in the drain current. Special for specific gases and adsorbed molecules
Selectivity can be obtained by using specially designed molecular side chains that respond differently.
You. The specific response is the induced conductivity along or across the molecular column
Caused by the intensity of the change.References
(1) G. Wegner Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 1991, Vol 95, 1326
(2) F. Closs et al, Liquid Crystals, 1993, Vol 14, 629
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(5) D. Adams et al, Nature, 1994, Vol 371, 141
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(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ
Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ
，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ
，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ
Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ
，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，
ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ
Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ
，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ
(72)発明者 クレメンツ，ジョナサン
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ワイ ウエスト ヨークシャー，マーフィ
ールド，クロスバンク ストリート ４────────────────────────────────────────────────── ───
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Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD
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MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, S
D, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR, TT
, UA, UG, US, UZ, VN
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