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分子エレクトロニクスの基盤技術と将来展望
Fundamental Technologies of Molecular Electronics and Prospect
[コードNo.2009T562]

■監修/ 松重和美田中一義和田恭雄
■体裁/ B5判 319ページ
■発行/ 2009年 1月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 70,200円(税込価格)

シリコンベースの無機半導体から有機材料ベースの有機エレクトロニクスへ、さらにそれ自体機能を有する分子を素材にした分子エレクトロニクスへの発展の将来展望
分子エレクトロニクス実現のための評価技術、プロセス技術、材料・デバイスの開発、分子コンピューターの開発動向を網羅

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行にあたって
 エレクトロニクス分野は、新たな展開、イノベーションが求められ、「分子エレクトロニクス」への期待とその実現への要請はより加速して来ているように思われる。本書は、この「分子エレクトロニクス」分野における、基盤技術と現状・課題、無機系エレクトロニクスに比しての優位性・特徴、そして課題を国内でも最も精力的に追求している研究者による解説、論文を纏めたものである。
 歴史上、大きな変革時には、何らかの顕著な改変、イノベーションが伴うものである。エレクトロニクス分野でもまさに同様なことが起きるであろう。これまでのSiをベースにした無機半導体主体から、有機系材料への置き換え(有機エレクトロニクス)、更にはそれ自体機能を有する分子を素材に、新たな機能発現機構、作成プロセスを要する「分子エレクトロニクス」はその一端を担うことになるであろう。その実現には、個々基盤技術・デバイスレベルでのイノベーションのみならず、種々要素の集積、学問・業界分野、推進方法や体制、そして産官学の融合・連携などの面でも一元的収束、コンバージェンスが必要となるであろう。まさに、これから我々は大いなる変革を目にし、体験していくことになるであろう。
(「はしがき」より抜粋)
2009年1月  編集者を代表して
京都大学教授 松重和美

執筆者一覧
宮戸祐治京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 博士研究員
山田啓文京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 准教授
松重和美京都大学大学院 工学研究科 電子工学専攻 教授;京都大学ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー 施設長
和田恭雄東洋大学 大学院 学際・融合科学研究科 教授
瀧口義浩浜松ホトニクス(株) 中央研究所 材料研究室 主任部員;光産業創成大学院大学 教授
鳥光慶一NTT物性科学基礎研究所 機能物質科学研究部 部長
島田明佳NTT物性科学基礎研究所 機能物質科学研究部 分子生体機能研究グループ 研究主任
古川由里子NTT物性科学基礎研究所 機能物質科学研究部 分子生体機能研究グループ
笛野博之京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻 助教
田中一義京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻 教授
杉浦健一首都大学東京大学院 理工学研究科 分子物質化学専攻 教授
石田敬雄(独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 ネットワークMEMS研究グループ 主任研究員
水谷亘(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 副研究部門長
高尾正敏(財)国際高等研究所 フェロー
工藤秀利(株)クラレ つくば研究所
藤平正道東京工業大学 大学院生命理工学研究科 生体分子機能工学専攻 教授
安蘇芳雄大阪大学 産業科学研究所 教授
家裕隆大阪大学 産業科学研究所 助教
日浦英文日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
本郷廣生日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任
石田真彦日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任
二瓶史行日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員
落合幸徳日本電気(株) ナノエレクトロニクス研究所 主任研究員(現 東洋合成工業(株) 感光材研究所 所長)
多田哲也(独)産業技術総合研究所 ナノ電子デバイス研究センター チーム長
金山敏彦(独)産業技術総合研究所 ナノ電子デバイス研究センター センター長
宇野英満愛媛大学 総合科学研究支援センター 教授
木村俊作京都大学大学院 工学研究科 材料化学専攻 教授
伊藤彰浩京都大学大学院 工学研究科 分子工学専攻 准教授
谷口正輝大阪大学 産業科学研究所 准教授;(独)科学技術振興機構さきがけ 研究員
川合知二大阪大学 産業科学研究所 教授
堀江聡神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 特命助教
石田謙司神戸大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 教授
塚田捷東北大学 原子分子材料高等研究機構 教授
田上勝規アドバンストソフト(株) 研究員
光武邦寛キヤノン(株) 先端技術研究本部 先端融合研究所 研究員
山崎巌北海道大学名誉教授
川名明夫拓殖大学 工学部 電子システム工学科 教授
笠原二郎北海道大学 触媒化学研究センター 特任教授

構成および内容
【第I部 分子エレクトロニクスの評価技術】

第1章走査プローブ技術―分子エレクトロニクスを縁の下から支える走査プローブ顕微鏡―(宮戸祐治、山田啓文、松重和美)
1はじめに
2走査プローブ顕微鏡の基本構成
2.1走査トンネル顕微鏡
2.2原子間力顕微鏡
3原子間力顕微鏡による表面計測
3.1FM-AFMによる構造観察
3.2KFMによる表面電位計測
4まとめと今後の展望
第2章ナノ電極技術(和田恭雄)
1はじめに
2初期の試み
2.1STM/導電性AFM
2.2SAM膜をはさむ縦型電極の作製
31nm程度の微小ギャップ形成方法
3.1ブレークジャンクション
3.2エレクトロマイグレーションを利用した金細線の切断によるナノギャップの形成
3.3めっきによる幅広ギャップの埋め戻し法
4マイクロマシン技術
510nmナノギャップ電極作製技術
5.1電子線描画技術による微細加工技術を用いる方法
5.2収束イオン線(FIB)による配線切断法
5.3シリコンの異方性エッチングを利用する方法
6平坦化ナノ電極
6.1化学的機械研磨(CMP)による平坦化
6.2貼り合わせ法による平坦化
7実用化に向けた電極構造の開発
第3章単一光子計測技術(瀧口義浩)
1はじめに
2光電効果
3波長感度特性と光検出材料
4ポイント光子検出技術
4.1光電子増倍管
4.2半導体フォトダイオード
4.3ハイブリッド光電子検出器
4.4時間相関単一光子計数法
52次元光子検出技術
5.1EBとEM型CCDカメラ
5.2インテリジェント・ビジョンシステム
5.33管式冷却CCDカメラ
5.4分光計測
5.5ストリークカメラ法
6熱雑音による記号/雑音比への影響
7おわりに
第4章バイオ評価技術(鳥光慶一、島田明佳、古川由里子)
1はじめに
2バイオ評価法
2.1カプセル型内視鏡
2.2DNAチップ
2.3腫瘍マーカー
2.4マイクロタス・分子インプリンティング
2.5血液チップ
2.6プロテインチップ
2.7免疫染色
2.7.1蛍光抗体法
2.7.2酵素抗体法
3分子イメージング
3.1共焦点レーザー顕微鏡
3.1.1共焦点レーザー顕微鏡(Confocal Laser Microscopy)
3.1.2分光型共焦点レーザー顕微鏡
3.2表面プラズモン共鳴
3.3FRET
41分子イメージング
4.1モータータンパクの解析
4.2原子間力顕微鏡による受容体タンパク質の可視化
5分子から細胞へ
5.1フローサイトメトリー(FCM)とセルソーティング
5.1.1フローサイトメトリー(FCM)
5.1.2セルソーター(自動細胞解析分取装置)
5.2導電性高分子多点微小電極
6おわりに
【第II部 分子エレクトロニクスのプロセス技術】

第1章分子設計理論(笛野博之、田中一義)
1はじめに
2分子ワイヤーの設計理論
3減衰定数β
4電極と分子ワイヤーとの接続
5電極と接続アンカー接合の理論解析
6分子ドット
7おわりに
第2章分子ワイヤーの合成技術(杉浦健一)
1はじめに―分子エレクトロニクスの到達目標と分子ワイヤー
2ワイヤー部の実例
2.1オリゴパラフェニレンOPP
2.1.1背景
2.1.2合成
2.1.3オリゴフェニレンOP類の分子構造
2.1.4PPPからの展開
2.2オリゴアセチレン
2.2.1背景
2.2.2オリゴアセチレンを単離するための分子設計
2.2.3ポリジアセチレン
3電極接合部位
4おわりに
第3章分子エレクトロニクスに関連する自己組織化膜技術とその評価、そしてその将来(石田敬雄、水谷亘)
1はじめに
2自己組織化膜(SAM)概論
2.1自己組織化膜の基礎
2.2期待される応用分野
3代表的なSAM技術の現状と分子エレクトロニクスデバイスの関係
3.1SAMの作製法
3.2電極上への有機硫黄化合物や類する化合物のSAM形成
3.3有機シラン化剤などからのシリコン基板上へのSAM形成
3.4カルボン酸、フォスホン酸などからの金属酸化物、シリコン酸化物上へのSAM形成
4おわりに
第4章高信頼化技術(高尾正敏)
1はじめに
1.1スペックと信頼性
1.2スペックの階層
2分子エレクトロニクスにおける信頼性確保
2.1課題の概観的整理
2.2想定されるデバイスの構成
2.3物質・材料の信頼性
2.4電極問題
2.4.1キャリア伝導機構の信頼性
2.4.2化学的安定性と信頼性
2.4.3機械的構造的安定性と信頼性
3その他の課題
3.1接合部でのエネルギーバリヤー等について
3.2分子の形状・分子振動
3.3キャリアーの散乱の効果
4何が信頼性を決めるのか
5製造プロセスに起因する信頼性
6外部回路
7計算機シミュレーションと顕微可視化技術への期待
8信頼性確保のための開発マネージメント
第5章DNA操作技術(工藤秀利、藤平正道)
1はじめに
2DNAの構造
3DNAの自己組織化
4DNAの金属化
5DNA分子コーミング
6基板上に固定化されたDNAの応用
7おわりに
【第III部 分子ナノ材料・デバイスの開発】

第1章分子ワイヤ(安蘇芳雄・家裕隆)
1はじめに
2分子ワイヤの一般的合成法
3オリゴチオフェン分子ワイヤの合成
4オリゴチオフェン分子ワイヤの機能化と評価
5おわりに
第2章カーボンナノチューブトランジスタ(日浦英文、本郷廣生、石田真彦、二瓶史行、落合幸徳、多田哲也、金山敏彦)
1はじめに
2カーボンナノチューブの概要
3カーボンナノチューブトランジスタ
4カーボンナノチューブトランジスタの作製方法
5カーボンナノチューブチャネルの位置・直径制御と方向制御
6電荷移動ドーピングによるpn伝導制御
7おわりに
第3章分子ドット(宇野英満)
1はじめに
2分子ドット
2.1フラーレン・カーボンナノチューブ
2.2オリゴ(フェニレンビニレン)・オリゴ(フェニレンエチニレン)
2.3金属錯体化合物
3おわりに
第4章分子ダイオードおよび分子スイッチング(木村俊作)
1数nmの分子コンダクタンスについて
2分子ダイオードの研究
3らせん形成ペプチドの整流性
4らせん形成ペプチドの単分子観察
5らせん形成ペプチドの分子コンダクタンス
6対称的にレドックス基を導入したらせん形成ペプチドのコンダクタンス
7対称的なセットアップでの単分子コンダクタンス測定
8分子スイッチング
9分子ダイポール工学
第5章単一分子発光デバイス(伊藤彰浩、田中一義)
1はじめに
2単一分子からの発光と単一分子ELデバイスの分子設計
2.1単一分子の分光学的検出
2.2単一分子ELデバイスの分子設計
3単一分子ELデバイスの報告例
3.1ナノギャップ電極間に発生した金属ナノクラスターからの単一分子EL
3.2単一カーボンナノチューブからなるアンバイポーラー型FETからの赤外EL
4STM発光
5おわりに
第6章分子トランジスタ(谷口正輝、川合知二)
1はじめに
2電極-分子-電極接合
2.1エレクトロマイグレーション破断接合
2.2STM破断接合
2.3機械的破断接合
2.4自己破断接合
3分子トランジスタ
3.1分子トランジスタの動作原理
3.2バックゲート型トランジスタ
3.3電気化学トランジスタ
4局所加熱の問題
5おわりに
第7章有機薄膜/分子メモリとロジック応用(堀江聡、石田謙司、松重和美)
1はじめに
2有機薄膜/分子スケールでのメモリおよびロジックの研究動向
3有機強誘電性メモリ
3.1薄膜トランジスタ型有機強誘電性メモリ
3.2有機強誘電メモリの分子スケール展開
4有機強誘電体のロジック応用
5おわりに
第8章分子ナノデバイス新機能の理論的予言(塚田捷、田上勝規、光武邦寛)
1はじめに
2架橋分子の量子伝導の特徴―コヒーレントな伝導と散逸的な伝導―
3非平衡系の密度汎関数法
4原子細線の物性
5分子架橋系のコヒーレントな伝導
5.1共鳴トンネル効果
5.2リンケージ構造の効果
5.3分子内電流
6散逸的な伝導―分子振動との相互作用―
【第IV部 分子コンピュータに向けた開発の動き】

第1章分子プロセッサーと分子コンピューター(和田恭雄)
1情報デバイスの発展の歴史と新しいパラダイムの必要性
2単一分子情報処理デバイスの展望
2.1分子コンピューターの性能目標
2.2分子コンピューター用単一分子デバイス
2.3分子コンピューター実現へのマイルストーン
2.4単一分子情報蓄積デバイスの展望
2.5その他の単一分子デバイスの展望
2.6単一分子エレクトロニクスが可能にすること
第2章量子コンピューター(山崎巌)
1はじめに
1.1分子デバイスと現行の電子デバイス
1.2量子コンピューター
2量子コンピューティングの基本的な考え方
2.1計算機における基本素子の動作
2.21qubit演算子のブラケット表示
2.32qubitレジスターのベクトル表示とその演算
2.4離散フーリエ変換のための2qubit演算子
31qubitの回転演算
3.1分子二量体における励起子の往復運動に基づく回転演算
3.2実験による検証
4離散フーリエ変換
4.1量子演算アルゴリズムの一例
4.2離散フーリエ変換の演算シーケンス
52qubitの量子制御NOT演算
5.1光誘起電子移動反応に基づく制御NOT演算素子
6量子コンピューティング素子の形態
6.1量子コンピューティング素子におけるコヒーレンスの問題
第3章バイオコンピューター(川名明夫)
1はじめに
2バイオサイバネティックスからニューロコンピューターへ
3神経科学の進展とバイオコンピューター
4神経回路とコンピュータのインターフェイス
5バイオコンピューターの展望
【第V部 分子ナノエレクトロニクスの将来(座談会)】

松重和美、田中一義、和田恭雄、笠原二郎

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