自発的高次構造形成法による高性能有機トランジスタの作製

• Project/Area Number: 15686014
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 中村 雅一 千葉大学, 工学部, 助教授 (80332568)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥23,530,000 (Direct Cost: ¥18,100,000、Indirect Cost: ¥5,430,000); Fiscal Year 2005: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2004: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2003: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
• Keywords: 有機半導体材料 / 電子デバイス / ナノ構造 / 自発的プロセス / 微粒子 / 静電誘導トランジスタ / 電界効果トランジスタ / 大面積

Research Abstract

本研究は、大面積基板上で広範囲一斉自発的に微細構造を形成する「自発的高次構造成形法」を確立し、大面積縦型素子内に微小なトランジスタ構造単位を多数並列に作り込むことで、従来得られているものより高性能な有機トランジスタを作製することを目的としている。今年度は、主に以下の研究を行った。
(1)高効率有機太陽電池の開発
Al/In/C60/CuPc/ITO構造の固体接合型有機太陽電池において、各層膜厚などの最適化によって、光電変換効率1%程度の太陽電池を作製することに成功した。さらに、アノードとしてITOの代わりに表面を酸化させたAg電極が使用可能であることを見いだした。これを利用して、表面酸化Ag/In積層電極を中間電極としたタンデム型太陽電池を作製し、4スタックセルによって解放端電圧1.34Vが得られた。
(2)低駆動電圧・高出力電流縦型トランジスタの試作
これまでに開発したプロセスを発展させ、200nm径のポリスチレン微粒子を蒸着マスクとして用いることによって、多孔質のゲート電極/絶縁層/ドレイン電極構造を形成する方法を確立し、その上からCuPcあるいはペンタセンなどの有機半導体層と上部電極を蒸着することで、SITタイプの縦型トランジスタを試作した。その結果、2mm×2mmの素子面積内に2800万個のナノSITセルを作り込んだ素子が再現性良く形成され、数Vの動作電圧で数mAの出力電流という、有機トランジスタとしては極めて高い相互コンダクタンスを得ることに成功した。電流on/off比は約500で、まだ改善の余地はあるものの、従来のSITタイプの素子よりも高い値が得られた。また、(1)で得られたタンデム型有機太陽電池と配線接続し、有機フォトトランジスタが動作することを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Fabrication of Organic Static Induction Transistors with Higher Order Structures (2005)
  • Author(s): C.M.Joseph et al.
  • Journal Title: Appl.Surf.Sci. 244 Pages: 603-606
• [Journal Article] Fabrication of organic vertical-type field-effect transistors using polystyrene spheres as evaporation mask (2005)
  • Author(s): N.Hirashima et al.
  • Journal Title: IPAP Conference Series (Proceeding of the International Symposium on Super-Functionality Organic Devices) 6 Pages: 158-160
• [Journal Article] Organic Static Induction Transistors with Nano-Hole Arrays Fabricated by Colloidal Lithography (2005)
  • Author(s): K.Fujimoto et al.
  • Journal Title: e-J.Surf.Sci.Nanotech. 3 Pages: 327-331
• [Journal Article] 有機半導体デバイスシミュレーションのためのキャリア移動度モデルの検討 (2005)
  • Author(s): 大橋昇他
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術報告 OME2005-18 Pages: 13-17
• [Journal Article] Evaluation of Carrier Mobility Models for Organic Semiconductor Device Simulations (2005)
  • Author(s): N.Ohashi et al.
  • Journal Title: Ext.Abs. 2005 Conference on Solid State Device and Materials Pages: 820-821
• [Journal Article] Fabrication of Organic Static Induction Transistors with Higher Order Structures (2005)
  • Author(s): C.M.Joseph et al.
  • Journal Title: Appl.Surf.Sci. (掲載予定)
• [Journal Article] Fabrication of organic vertical-type field-effect transistors using polystyrene spheres as evaporation mask (2005)
  • Author(s): N.Hirashima et al.
  • Journal Title: Proceeding of the International Symposium on Super-Functionality Organic Devices, IPAP Conference Series (掲載予定)
• [Journal Article] Structural and Electrical Characterization of Pentacene Films on SiO_2 Grown by Molecular Beam Deposition (2004)
  • Author(s): H.Yanagisawa et al.
  • Journal Title: Thin Solid Films 464-465 Pages: 398-402
• [Journal Article] Vertical- and Lateral-Type Organic FET Using Pentacene Evaporated Films (2004)
  • Author(s): S.Tanaka et al.
  • Journal Title: Electrical Engineering in Japan 149(2) Pages: 43-48
• [Patent(Industrial Property Rights)] 多孔薄膜堆積基板、その製造方法及びスイッチング素子 (2005)
  • Inventor(s): 中村他
  • Industrial Property Rights Holder: 富士写真フィルム
  • Industrial Property Number: 2005-271184
  • Filing Date: 2005-09-16
• [Patent(Industrial Property Rights)] 多孔薄膜堆積基板、その製造方法及びスイッチング素子 (2005)
  • Inventor(s): 中村他
  • Industrial Property Rights Holder: 富士写真フィルム
  • Industrial Property Number: 2005-271190
  • Filing Date: 2005-09-16
• [Publications] 田中諭他: "ペンタセン薄膜を用いた縦型・横型有機トランジスタ"電気学会論文誌C. 123・5. 853-857 (2003)
• [Publications] M.Nakamura et al.: "Characterization of Organic Nano-Transistors Using a Conductive AFM Probe"Thin Solid Films. 438-439. 360-364 (2003)
• [Publications] H.Yanagisawa et al.: "Structural and Electrical Characterization of Pentacene Films on SiO2 Grown by Molecular Beam Deposition"Thin Solid Films. 発表予定.
• [Publications] N.Muraishi et al.: "Fabrication and Characterization of Organic Nano-SIT for Large-Scale Vertical-Type Switching Devices"4th International Conference on Electroluminescence of Molecular Materials and Related Phenomena. O-53
• [Publications] J.M.Chennemkeril et al.: "Fabrication of Organic Static Induction Transistors with Higher Order Nanostructures by Spontaneous Formation"2003 MRS Fall Meeting. K10.57