一次元電子系物質を基盤とした革新的薄膜デバイスの開発と巨大外場応答性の創出

• Project/Area Number: 16J06760
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Functional solid state chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 熊谷 翔平 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任助教
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2017: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 一次元電子系 / 有機半導体 / 金属錯体 / 電界効果トランジスタ / 薄膜結晶 / ホール効果測定 / 単結晶構造解析 / 薄膜デバイス / 外場応答性 / 塗布プロセス

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，塗布可能かつ薄膜化可能な一次元電子系物質を開発するため，本研究遂行中に得られたアセンジイミド骨格を有する有機半導体の知見を活かした物質開発をおこなった。具体的には，前年度に開発やデバイス特性の解明を進めていた物質群を基盤とし，金属イオンとのハイブリッドとすることを試みた。配位可能部位として，例えばシアノ基やピリジル基を有する有機半導体誘導体を利用した。まず金属イオンとして銅や白金などを用い，バルク結晶の取得を試みたが，有用な固体を得ることができなかった。これは，用いられる溶媒に対し有機半導体骨格の溶解性と金属塩の溶解性とが適切な関係にないことに由来すると推察された。したがって，期待された集合構造の実現のためには適度な分子間相互作用および溶解性の制御をおこなうことが重要であることがわかった。
また，上記に関連して，有機半導体においてパイ共役骨格が拡張された場合にはそれに伴い嵩高い置換基が有用であることを明らかにし，学術論文中で発表した。これは置換基の嵩高さによる溶解性制御ではなく，固体中において機能性を発現する集合構造実現のために有用な知見である。この知見は新規アセンジイミド誘導体の開発においても同様であることを，単結晶Ｘ線構造解析により明らかにすることができた。しかしながら，溶液プロセスにより基板上に成長した結晶はそれと異なる集合構造を有することもあることも度々観測され，集合構造の制御にはバルク結晶と薄膜結晶との双方を系統的に理解する必要があることが示唆された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Solution-crystallized n-type organic thin-film transistors: An impact of branched alkyl chain on high electron mobility and thermal durability (2018)
  • Author(s): Kumagai Shohei, Nakano Masahiro, Takimiya Kazuo, Takeya Junichi
  • Journal Title: Organic Electronics Volume: 62 Pages: 548-553
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2018.06.029
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enabling Ambipolar to Heavy n-Type Transport in PbS Quantum Dot Solids through Doping with Organic Molecules (2017)
  • Author(s): Nugraha Mohamad Insan、Kumagai Shohei、Watanabe Shun、Sytnyk Mykhailo、Heiss Wolfgang、Loi Maria Antonietta、Takeya Jun
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 9 Issue: 21 Pages: 18039-18045
  • DOI: 10.1021/acsami.7b02867
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution-processed organic?inorganic hybrid CMOS inverter exhibiting a high gain reaching 890 (2017)
  • Author(s): Kumagai Shohei、Murakami Hiroko、Tsuzuku Kotaro、Makita Tatsuyuki、Mitsui Chikahiko、Okamoto Toshihiro、Watanabe Shun、Takeya Jun
  • Journal Title: Organic Electronics Volume: 48 Pages: 127-131
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2017.05.050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular doping in organic semiconductors: fully solution-processed, vacuum-free doping with metal?organic complexes in an orthogonal solvent (2017)
  • Author(s): Fujimoto Ryo、Yamashita Yu、Kumagai Shohei、Tsurumi Junto、Hinderhofer Alexander、Broch Katharina、Schreiber Frank、Watanabe Shun、Takeya Jun
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry C Volume: 5 Issue: 46 Pages: 12023-12030
  • DOI: 10.1039/c7tc03905k
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spontaneously formed high-performance charge-transport layers of organic single-crystal semiconductors on precisely synthesized insulating polymers (2017)
  • Author(s): Tatsuyuki Makita, Masayuki Sasaki, Tatsuro Annaka, Mari Sasaki, Hiroyuki Matsui, Chikahiko Mitsui, Shohei Kumagai, Shun Watanabe, Teruaki Hayakawa, Toshihiro Okamoto, Jun Takeya
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 110 Issue: 16 Pages: 163302-163302
  • DOI: 10.1063/1.4981774
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新奇低分子系ｎ型有機半導体の電界誘起ホール効果 (2018)
  • Author(s): 熊谷翔平，岡本敏宏，石井宏幸，福﨑英治，谷征夫，杉浦寛記，渡邉哲也，佐藤寛泰，山野昭人，黒澤忠法，渡邉峻一郎，竹谷純一
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会
• [Presentation] 新奇低分子系ｎ型有機半導体の電子輸送特性 (2018)
  • Author(s): 熊谷翔平，渡邉峻一郎，石井宏幸，福﨑英治，谷征夫，杉浦寛記，渡邉哲也，佐藤寛泰，山野昭人，黒澤忠法，竹谷純一，岡本敏宏
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 新奇低分子系ｎ型有機半導体の電子輸送特性 (2018)
  • Author(s): 熊谷翔平，渡邉峻一郎，石井宏幸，福﨑英治，谷征夫，杉浦寛記，渡邉哲也，宇佐美由久，佐藤寛泰，山野昭人，黒澤忠法，竹谷純一，岡本敏宏
  • Organizer: 第65回応用物理学会春季学術講演会