Improvement of organic device performance via physical and chemical control of metal - organic semiconductor interfaces

• Project/Area Number: 21360005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: SAIKI Koichiro 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (70143394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): FUJIKAWA Yasunori 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (70312642) ; WADA Yasuo 東洋大学, 学際・融合科学研究科, 教授 (50386736)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): WADA Yasuo 東洋大学, 学際・融合科学研究科, 教授 (50386736)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2011: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2010: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2009: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
• Keywords: 有機トランジスタ / ペンタセン / セキシチオフェン / グラフェン電極 / 電界効果 / 化学修飾 / 溶液プロセス / スピンコート / 酸化グラフェン / 界面準位 / グラフォエピタキシー / カーボンナノウォール / 原子間力顕微鏡 / SiO_2表面

Research Abstract

We explored a novel method to improve the performance of organic field effect transistors (FETs) by controlling the interface between the metal electrode and the organic semiconductor. Thin film growth of sexithiophene from the Au electrode induced the single crystalline growth in the narrow channel, improving the FET mobility. We established the method to form the graphene-based electrodes on the gate dielectric in a solution process and proved that the solution processed pentacene film on it worked as a high mobility FET.

Research Products

• [Journal Article] Electrical and Spectroscopic Investigations on the Reduction Mechanism of Graphene Oxide (2013)
  • Author(s): S. Obata, H. Tanaka, and K. Saiki
  • Journal Title: Carbon Volume: 55 Pages: 126-126
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of Graphene on Cu by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (2012)
  • Author(s): T. Terasawa, K. Saiki
  • Journal Title: Carbon Volume: 51 Issue: 3 Pages: 869-874
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2011.09.047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conductive atomic force microscopy ofchemically synthesized graphene oxide and interlayer conduction (2011)
  • Author(s): Y. Kanamori, S. Obata, and K. Saiki
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 40 Pages: 255-255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高移動度有機 半導体ペンタセンの薄膜成長と実時間 イメージング (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗 ,霍間勇輝
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 46 Pages: 357-357
  • NAID: 40018964339
• [Journal Article] 面内ヘテロ構造基板上の 有機薄膜成長 (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 32 Pages: 15-15
  • NAID: 10027737025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高移動度有機半導体ペンタセンの薄膜成長と実時間イメージング (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 46 Pages: 357-363
  • NAID: 40018964339
• [Journal Article] 面内ヘテロ構造基板上の有機薄膜成長 (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Journal Title: 表面科学 Volume: 32 Pages: 15-20
  • NAID: 10027737025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conductive atomic force microscopy of chemically synthesized graphene oxide and interlayer conduction (2011)
  • Author(s): Y.Kanamori, S.Obata, K.Saiki
  • Journal Title: Chem.Lett. Volume: 40 Pages: 255-257
  • NAID: 10027815488
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reduction of a single layer graphene oxide film on Pt(111) (2011)
  • Author(s): S.Obata, H.Tanaka, K.Saiki
  • Journal Title: Appl.Phys.Express Volume: 4
  • NAID: 10027783496
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] グラフ ォエピタキシーを利用した有機半導体 薄膜の配向制御 (2010)
  • Author(s): 池田進,斉木幸一朗,和田恭雄
  • Journal Title: Nanptech Japan Bulletin. Volume: 3
• [Journal Article] Modified bimodal growth mechanism of pentacene thin films at elevated substrate temperatures (2010)
  • Author(s): D. Guo, S. Ikeda, and K. Saiki
  • Journal Title: J. Phys.:Condens Matter Volume: 22 Pages: 262001-262001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oriented growth of sexithiophene induced by edge of metal electrodes (2010)
  • Author(s): S. Ikeda, Y. Wada and K. Saiki
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 49
  • NAID: 210000068352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Modified bimodal growth mechanism of pentacene thin films at elevated substrate temperatures (2010)
  • Author(s): D.Guo, S.Ikeda, K.Saiki
  • Journal Title: J.Phys. : Condens Matter Volume: 22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oriented growth of sexithiophene induced by edge of metal electrodes (2010)
  • Author(s): S.Ikeda, Y.Wada, K.Saiki
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 49
  • NAID: 210000068352
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time observation and control of pentacene film growth onthe artificially structured substrate (2009)
  • Author(s): Y. Tsuruma, A. Al-Mahboob, S. Ikeda,J. T. Sadowski, G. Yoshikawa, K. Saiki, et al.
  • Journal Title: Adv. Mater. Volume: 21 Pages: 4996-4996
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermally induced structural characteristics of pentacene thinfilms (2009)
  • Author(s): D. Guo, S. Ikeda, and K. Saiki
  • Journal Title: J. Appl. Phys Volume: 105 Pages: 113520-113520
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-time observation and control of pentacene film growth on the artificially structured substrate (2009)
  • Author(s): Y.Tsuruma, A.Al-Mahboob, S.Ikeda, J.T. Sadowski, G.Yoshikawa, Y.Fujikawa, T.Sakurai, K.Saiki
  • Journal Title: Adv. Mater. 21 Pages: 4996-5000
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermally induced structural characteristics of pentacene thin films (2009)
  • Author(s): D.Guo, S.Ikeda, K.Saiki
  • Journal Title: J.Appl. Phys. 105
  • Peer Reviewed
• [Presentation] グラフェン塗布型電極を有す る高移動度 TFT の作製と評価 (2012)
  • Author(s): 小槻賢志
  • Organizer: 第73回 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 松山
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] グラフェン塗布型電極を有する高移動度TFTの作製と評価 (2012)
  • Author(s): 小槻賢志, 小幡誠司, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 松山大学(愛媛県)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善 (3): グラフェンソース・トレイン電極の利用 (2012)
  • Author(s): 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 松山大学(愛媛県)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] グラフェン電極を用いた有機/無機ハイブリッドCMOS回路の塗布形成 (2012)
  • Author(s): 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 松山大学(愛媛県)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Presentation] PE-CVD法により作製した窒素ドープグラフェンのFET特性 (2012)
  • Author(s): 寺澤知潮, 小幡誠司, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] グラフェンを電極としたn型FETの溶液塗布法による作製と評価 (2012)
  • Author(s): 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] ゲート誘電体中への不純物添加によるペンタセンFET動作特性制御 (2012)
  • Author(s): 吉永裕亮, 菅沼洗一, 坂本舞, 斉木幸一朗, 上野啓司
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] 溶液プロセスによるグラフェ ン電極ペンタセン TFT の作製と評価 (2011)
  • Author(s): 小槻賢志
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] グラフェン電極を用いたトップコンタクト型有機FETの作製と評価 (2011)
  • Author(s): 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善 (2011)
  • Author(s): 坂本舞, 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] 溶液プロセスによるグラフェン電極ペンタセンTFTの作製と評価 (2011)
  • Author(s): 小槻賢志, 小幡誠司, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] PVAゲート誘電体中への微量Na添加によるペンタセンFETの両極動作特性制御 (2011)
  • Author(s): 吉永裕亮, 斉木幸一朗, 上野啓司
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-09-01
• [Presentation] 低速電子顕微鏡によるペン タセン成長過程のリアルタイム観察 (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Organizer: 学振第167委員会第62回研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2011-04-21
• [Presentation] 低速電子顕微鏡によるペンタセン成長過程のリアルタイム観察 (2011)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Organizer: 学振第167委員会第62回研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所臨海副都心センター(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-04-21
• [Presentation] 化学合成グラフェン上におけるペンタセン薄膜のエピタキシャル成長とその分子配向 (2011)
  • Author(s): 金森由男
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 化学合成グラフェン上におけるペンタセン薄膜のエピタキシャル成長とその分子配向 (2011)
  • Author(s): 金森由男, 米澤康弘, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木,神奈川工科大学
  • Year and Date: 2011-03-27
• [Presentation] 酸化グラフェン上のペンタセン薄膜の成長形態 (2011)
  • Author(s): 米澤康弘
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] 酸化グラフェン上のペンタセン薄膜の成長形態 (2011)
  • Author(s): 米澤康弘, 金森由男, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木,神奈川工科大学
  • Year and Date: 2011-03-25
• [Presentation] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善 (2011)
  • Author(s): 菅沼洸一, 坂本舞, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 厚木,神奈川工科大学
  • Year and Date: 2011-03-24
• [Presentation] PVAゲート誘電体中のNa除去/再添加によるペンタセンFETの動作特性変調 (2010)
  • Author(s): 渡辺俊一郎, 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎,長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] トップコンタクト型グラフェン電極を有する塗布型有機FETの作製と評価 (2010)
  • Author(s): 菅沼洸一, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎,長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] 酸化グラフェン上のペンタセン薄膜の成長 (2010)
  • Author(s): 金森由男, 米澤康弘, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第71回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎,長崎大学
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] The nucleation and anisotropic growth of Pn on SiO2 & FET structures (2010)
  • Author(s): Al-Mahboob
  • Organizer: 7th Internationalworkshop on LEEM/PEEM
  • Place of Presentation: New York (U.S.A.)
  • Year and Date: 2010-08-11
• [Presentation] The nucleation and anisotropic growth of Pn on SiO2 & FET structures (2010)
  • Author(s): A.Al-Mahboob, Y.Tsuruma, J.T.Sadowski, Y.Fujikawa, K.Saiki, T.Hashizume, T.Sakurai, P.Sutter
  • Organizer: 7th International workshop on LEEM/PEEM
  • Place of Presentation: USA, New York
  • Year and Date: 2010-08-11
• [Presentation] Reduction process and electric properties of chemically prepared graphene (2010)
  • Author(s): S.Obata, H.Tanaka, H.Sato, K.Saiki
  • Organizer: Graphene week 2010
  • Place of Presentation: USA, Baltimore
  • Year and Date: 2010-04-22
• [Presentation] Graphoepitaxy ofα-Sexithiophene: The Fabrication of Highly Oriented Elongated Domains (2010)
  • Author(s): Y.Kanamori
  • Organizer: Materials Research Society Spring meeting 2010
  • Place of Presentation: San Francisco (U.S.A.)
  • Year and Date: 2010-04-07
• [Presentation] Graphoepitaxy of α-Sexithiophene : The Fabrication of Highly Oriented Elongated Domains (2010)
  • Author(s): Y.Kanamori, S.Ikeda, K.Saiki
  • Organizer: Materials Research Society Spring meeting 2010
  • Place of Presentation: USA, San Francisco
  • Year and Date: 2010-04-07
• [Presentation] 電極エッジに起因する有機半導体薄膜の面内配向成長と FET への応用 (2010)
  • Author(s): 池田進
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] 電極エッジに起因する有機半導体薄膜の面内配向成長とFETへの応用 (2010)
  • Author(s): 池田進, 和田恭雄, 斉木幸一朗
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2010-03-22
• [Presentation] 種々の還元剤による酸化グラフ ェンの還元 (2010)
  • Author(s): 田中弘成
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] ペンタセン薄膜成長の核形成における水素ガスの影響 (2010)
  • Author(s): 坪井宏政
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 窒素ドープしたカーボンナノウォールの FET 特性 (2010)
  • Author(s): 大澤一明
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] ペンタセン薄膜成長の核形成における水素ガスの影響 (2010)
  • Author(s): 坪井宏政, 霍間勇輝, 金森由男, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第57回 応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-18
• [Presentation] 周期溝基板上でのα-sexithiophene の核生成および成長機構の探索 (2010)
  • Author(s): 金森由男
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] 周期溝基板上でのα-sexithiopheneの核生成および成長機構の探索 (2010)
  • Author(s): 金森由男, 池田進, 和田恭雄, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] 透明グラフェン薄膜をゲート電極とした塗布型有機薄膜トランジスタの作製 (2010)
  • Author(s): 菅沼洸一, 吉田雅史, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第57回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 2010-03-17
• [Presentation] Real-time observation ofpentacene film growth on SiO2 by photoelectron electron microscopy(PEEM) and low-energy electron microscopy (LEEM), The 5th edition of the international workshop on (2010)
  • Author(s): K. Saiki
  • Organizer: Electronic Structure and Processes atMolecular-Based Interfaces
  • Place of Presentation: Chiba
  • Year and Date: 2010-01-28
• [Presentation] Real-time observation of pentacene film growth on SiO_2 by photoelectron electron microscopy(PEEM)and low-energy electron microscopy(LEEM) (2010)
  • Author(s): K.Saiki
  • Organizer: The 5th edition of the international workshop on"Electronic Structure and Processes at Molecular-Based Interfaces"
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2010-01-28
• [Presentation] 有機薄膜成長の物理的化学的制御 (2009)
  • Author(s): 斉木幸一朗
  • Organizer: 東大新領域シンポジウム「持続可能社会を支えるマテリアルサイエンスイノベーション」
  • Place of Presentation: 柏
  • Year and Date: 2009-09-18
• [Presentation] 酸化グラフェン超薄膜の還元と電気伝導特性II (2009)
  • Author(s): 小幡誠司
  • Organizer: 日本物理学会2009 年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2009-09-15
• [Presentation] グラフェン塗布電極を用いた有機電界効果トランジスタにおける接触抵抗の評価 (2009)
  • Author(s): 菅沼洗一, 吉田雅史, 斉木幸一朗, 後藤拓也, 上野啓司
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-10
• [Presentation] α-sexithiophene のグラフォエピタキシー-細長グレインの成長- (2009)
  • Author(s): 金森由男
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] 低速電子顕微鏡を用いたペンタセン薄膜層目成長過程の解析 (2009)
  • Author(s): 霍間勇輝
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] α-sexithiopheneのグラフォエピタキシー -細長グレインの成長- (2009)
  • Author(s): 金森由男, 池田進, 筒井謙, 和田恭雄, 斉木幸一朗
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2009-09-09
• [Presentation] Control of organic film growth by physical and chemical modification of substrates (2009)
  • Author(s): K.Saiki
  • Organizer: ISSP国際ワークショップ「界面パイ電子系における新現象と物理」
  • Place of Presentation: Kashiwa
  • Year and Date: 2009-08-12
• [Presentation] Fabrication of Highly Orientated α-sexithiophene Grains on Artificially Patterned Substrates (2009)
  • Author(s): Y.Kanamori, S.Ikeda, Y.Wada, K.Saiki
  • Organizer: ISSP国際ワークショップ「界面パイ電子系における新現象と物理」
  • Place of Presentation: Kashiwa
  • Year and Date: 2009-08-10
• [Remarks]
  • URL: http://yukimuki.k.u-tokyo.ac.jp/jpf/saiki-cJ.html
• [Remarks]
  • URL: http://yukimuki.k.u.-tokyo.ac.jp/jpf/saiki-cJ.html
• [Remarks]
  • URL: http://yukimuki.k.u-tokyo.ac.jp/jpf/saiki-cJ.html
• [Remarks]
  • URL: http://yukimuki.k.u-tokyo.ac.jp/jpf/saiki-cJ.html