Development of ambipolar TFT devices using metal complexes as semiconductors

• Project/Area Number: 19750154
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Functional materials/Devices
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: NORO Shin-ichiro Hokkaido University, 電子科学研究所, 助教授 (70373347)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,610,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2008: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2007: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 金属錯体 / 電界効果トランジスタ / 薄膜

Research Abstract

有機薄膜トランジスタ(organic thin-film transistor (OTFT))は、シリコンを中心とする無機半導体をベースとした既存のトランジスタでは容易に実現できない優れた特徴(分子の多様性・機械的フレキシビリティー・シンプルな作成プロセス・大面積化・低温プロセス・ローコスト)を有するため次世代エレクトロニクス素子として注目されている。特に、論理回路や発光トランジスタへの応用を目指したアンバイポーラーOTFTの開発が近年精力的に行われてきた。しかしながら、p型・n型共に高移動度を示す単一成分アンバイポーラーTFT材料は限られている。優れたアンバイポーラー特性を示す半導体材料の設計指針を得るためには、新規半導体材料の系統的な開発研究が必要不可欠である。
このような背景から、本研究ではHOMO 及びLUMO レベルを独立に精密制御できる混合配位子金属錯体を系統的に設計・合成し、大気中で安定にかつ高性能で作動する単一成分アンバイポーラーTFT デバイスの創製を目指した。金属錯体として長鎖アルキル基を導入した金属錯体半導体に着目し、溶融法・スピンコート法による薄膜作製及びTFT 特性について検討を行った。その結果、Pt イオンに長鎖アルキル基がついたビピリジン配位子及びo- キノン配位子が配位した金属錯体のスピンコート膜を用いたボトムコンタクト型デバイスにおいてP 型の半導体特性が観測され、その移動度は1.9 x 10-6 cm2/Vs であった。溶融膜は非常に膜質が悪かったが、スピンコート法を適用することよって膜質を向上させることに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Ambipolar, Single-Component, Metal-Organic Thin-Film Transistors with High and Balanced, Hole and Electron Mobilities (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Taishi Takenobu, Yoshihiro Iwasa, Ho-Chol Chang, Susumu Kitagawa, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Adv. Mater. 20 Pages: 3399-3403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale Assemblies of Gigantic Molecular {Mo154}-Rings : (Dimethyldioctadecylammonium)_<20>[Mo_<154>O_<462>H_8(H_2O)_<70>] (2008)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa, Reina Jin, Ryo Tunashima, Shin-ichiro Noro, Leroy Cronin, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Langmuir 24 Pages: 231-238
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Solid-State Supramolecular Rotator Assembled from a Cs-crown Ether Polyoxometalate Hybrid : (Cs^+)_3([18]crown-6)_3(H^+)_2[PMo_<12>O_<40>] (2008)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa, Daigoro Endo, Fumito Kudo, Shin-ichiro Noro, Sadamu Takeda, Leroy Cronin, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Cryst. Growth & Des 8 Pages: 812-816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solid-State Molecular Rotators of Anilinium and Adamantylammonium in [Ni(dmit)_2]^-Salts with Diverse Magnetic Properties (2008)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa, Daisuke Sato, Hiroyuki Koshinaka, Masaki Aonuma, Shin-ichiro Noro, Sadamu Takeda, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Inorg. Chem 47 Pages: 5951-5962
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Binding Properties of Solvatochromic Indicators [Cu(X)(acac)(tmen)](X=PF_6^- and BF_4^-, acac^- = Acetylacetonate, tmen = N, N, N', N'-Tetrau methylethylenediamine)in Solution and the Solid State (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Nobuhiro Yanai, Susumu Kitagagwa, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Inorg. Chem 47 Pages: 7360-7365
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ambipolar, Single-Component, Metal-Organic Thin-Film Transistors with High and Balanced, Hole and Electron Mobilities (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Taishi Takenobu, Yoshihiro Iwasa, Ho-Chol Chang, Susumu Kitagawa, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Journal Title: Adv. Mater 20 Pages: 3399-3403
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fullerene Nanowires : Self-Assembled Structures of a Low-Molecular-Weight Organogelator Fabricated by the Langmuir-Blodgett Method (2008)
  • Author(s): Ryo Tsunashima, Shin-ichiro Noro, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, Hiroko Kawakami, and Kazunori Toma
  • Journal Title: Chem. Eur J 14 Pages: 8169-8176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrical Resistivity of Individual Molecular-Assembly Nanowires of Amphiphilic bis-Tetrathiafulvalene Macrocycle/2, 3, 5, 6-Tetrafluoro-7, 7, 8, 8-tetracyano-p-quinodimethane Charge Transfer Complex Characterized by PCI-AFM (2008)
  • Author(s): Ryo Tsunashima, Yuki Noda, Yoko Tatewaki, Shin-ichiro Noro, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, Takuya Matsumoto, and Tomoii Kawai
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett 93 Pages: 173102-173102
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structures and Electronic Properties of Thin Films Constructed from Metal Complexes with Redox-Active o-Quinone Ligands (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, and Ho-Chol Chang
  • Organizer: 8th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • Place of Presentation: 神戸ポートピアホテル(神戸)
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] Structures and Electronic Properties of Thin Films Constructed from Metal Complexes with Redox-Active o-Quinone Ligands (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, and Ho-Chol Chang
  • Organizer: 8th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • Place of Presentation: 神戸神戸ポナピアホテル
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] Structures and ELectronic Properties of Thin Films Constructed from Metal Complexes with Redox-Active o-Quinone Ligands (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, and Ho-Chol Chang
  • Organizer: 8th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-12-16
• [Presentation] Ambipolar, single-component, metal-organic thin-film transistors (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Taishi Takenobu, Yoshihiro Iwasa, To moyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Organizer: 20th Korea-Japan Joint Forum
  • Place of Presentation: 千歳科学技術大学(千歳)
  • Year and Date: 2008-10-23
• [Presentation] Ambipolar, single-component, metal-organic thin-film transistorss (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Taishi Takenobu, Yoshihiro Iwasa, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Organizer: 20th Korea-Japan Joint Forum
  • Place of Presentation: 千歳千歳科学技術大学
  • Year and Date: 2008-10-23
• [Presentation] Ambipolar, single-component, metal-organic thin-film transistorss (2008)
  • Author(s): Shin-ichiro Noro, Taishi Takenobu, Yoshihiro Iwasa, Tomoyuki Akutagawa, and Takayoshi Nakamura
  • Organizer: 20th Korea-Japan Joint Forum
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2008-10-23
• [Presentation] オルトキノン金属錯体を用いたTFTデバイスの構築 (2008)
  • Author(s): 野呂真一郎
  • Organizer: 特定領域研究「新しい環境下における分子性導体の特異な機能の探索」第8回シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-01-07
• [Presentation] オルトキノン金属錯体を用いたアンバイポーラー電界効果トランジスタの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹、北川進
  • Organizer: 第57 回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(名古屋)
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] オルトキノン金属錯体を用いたアンバイポーラーTFT デバイスの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹、北川進
  • Organizer: 第1回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台)
  • Year and Date: 2007-09-18
• [Presentation] オルトキノン金属錯体を用いたアンバイポーラーTFTでバイの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹、北川進
  • Organizer: 第1回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-09-17
• [Presentation] オルトキノン金属錯体によるアンバイポーラーMOTFTデバイスの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹
  • Organizer: 特定領域研究「新しい環境下における分子性導体の特異な機能の探索」第7回シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-07-20
• [Presentation] ラジカル配位子が配位した金属錯体によるアンバイポーラーMOTFT デバイスの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹
  • Organizer: 東北大学金属材料研究所研究会「有機トランジスタの学理と応用」
  • Place of Presentation: 東北大学・秋保温千(仙台)
  • Year and Date: 2007-06-28
• [Presentation] ラジカル配位子が配位した金属錯体によるアンバイポーラーMOTFTデバイスの構築 (2007)
  • Author(s): 野呂真一郎、竹延大志、芥川智行、中村貴義、岩佐義宏、張浩徹
  • Organizer: 東北大学金属材料研究所研究会「有機トランジスタの学理と応用」
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-06-28