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その場観察法を用いた有機半導体薄膜の成長メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 21K04195
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

服部 吉晃  神戸大学, 工学研究科, 准教授 (90736654)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords有機薄膜トランジスタ / 単分子有機薄膜 / マイクロコンタクトプリンティング法 / 有機トランジスタ / UVオゾン処理 / 親水疎水パターニング / 有機半導体 / 結晶成長 / トランジスタ
Outline of Research at the Start

有機半導体トランジスタのキャリア移動度は有機薄膜の結晶粒界で減少するために、製膜方法に関して、一般的な真空蒸着法に比べて比較的大きな単結晶のグレインが得られるブレードコート法が近年注目されている。既存の手法において、グレインの成長機構を詳細に理解して、単結晶のグレインを制御しながら大きく成長させることができれば、さらなる均一な膜質が得られ、トランジスタの性能と信頼性の向上が期待できるが、現在、グレインの成長を積極的に制御する技術は確立されていない。本研究では製膜中の様子をその場観察で、製膜中の薄膜の結晶性を調べ、グレインの形成メカニズムを明らかにし、製膜プロセスを改良することを研究目標とする。

Outline of Annual Research Achievements

性能のよい有機半導体トランジスタを作製するには、優れた有機半導体により結晶性のよい有機薄膜をキャリアトラップの少ない撥水性のゲート絶縁膜上に製膜することが効果的である。前年度までの研究で、疎水性基板の表面の一部をUVオゾン処理で局所的に親水化して、親水疎水パターニングを形成し、有機半導体を含んだ溶液を塗布することにより、溶液のダイナミクスが制御され、疎水基板上に有機薄膜を製膜できることが分かった。しかし、製膜の再現性に課題があり、単純な親水疎水パターニングだけでなく、表面自由エネルギー等により定義された、より定量的で安定したパターニングを行う必要がある。そこで、今年度は、単分子有機薄膜を用いて安定した親水疎水パターニングを形成し、光学的にそれらを評価する方法に関して研究を進めた。基板に有機単分子膜のパターンを形成する方法の一つに、マイクロコンタクトプリンティング法(μCP法)という手法がある。μCP法は表面に微細な凹凸を有するエラストマーをスタンプとして利用する手法で、過去の報告ではチオール有機単分子膜の形成例が多い。そこで、まずは先行研究に倣い、表面が金薄膜を有する基板を作製してアルカンチオールのパターニングを試みた。その評価法として、研究代表者が以前に開発した光学干渉効果を用いた極薄膜の可視化技術を利用して診断し、想定通りのパターニングが行えていることが確認された。次に、ゲート絶縁膜表面へのμCP法を用いた単分子膜修飾とその評価方法の確立を目指し、表面が任意の材料で、単分子有機薄膜の形成が光学的に確認できる無反射多層基板の開発を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新しい有機薄膜の製膜法を提案するとともに、技術的課題を見出し、それに対応する研究に着手できたため。

Strategy for Future Research Activity

ゲート絶縁膜表面に形成された有機単分子膜を光学的に評価するための研究には着手できたが、実際に有機単分子膜のパターニングを形成した実証試験まで行えなかった。ホスホン酸やシランの有機単分子膜のパターニング形成を行い検証する必要がある。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Antireflection Substrates for Determining the Number of Layers of Few-Layer Hexagonal Boron Nitride Films and for Visualizing Organic Monolayers2023

    • Author(s)
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 6 Issue: 23 Pages: 21876-21886

    • DOI

      10.1021/acsanm.3c04075

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of the monolayer thickness difference in a mechanically exfoliated thick flake of hexagonal boron nitride and graphite for van der Waals heterostructures2023

    • Author(s)
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 34 Issue: 29 Pages: 295701-295701

    • DOI

      10.1088/1361-6528/accf23

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Reflected light microscopy of a gold oxide layer formed on a Au film by ultraviolet/ozone treatment2023

    • Author(s)
      Hattori Yoshiaki、Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 764 Pages: 139631-139631

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2022.139631

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Enhancement of the contrast for a hexagonal boron nitride monolayer placed on a silicon nitride/silicon substrate2022

    • Author(s)
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 15 Issue: 8 Pages: 086502-086502

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac8270

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Organic monolayers modified by vacuum ultraviolet irradiation for solution-processed organic thin-film transistors2022

    • Author(s)
      Inoue Satoshi, Hattori Yoshiaki, Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: SE Pages: SE1012-SE1012

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac4b92

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Visualization of a hexagonal boron nitride monolayer on an ultra-thin gold film via reflected light microscopy2021

    • Author(s)
      Hattori Yoshiaki、Taniguchi Takashi、Watanabe Kenji、Kitamura Masatoshi
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 33 Issue: 6 Pages: 065702-065702

    • DOI

      10.1088/1361-6528/ac3357

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 光学顕微鏡を用いたチオール有機単分子膜のパターニング評価2023

    • Author(s)
      村田 大樹, 谷垣 賢, 服部 吉晃, 北村 雅季
    • Organizer
      薄膜材料デバイス研究会第20回研究集会
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  • [Presentation] フォトマスクを用いた酸化金のパターニング形成2023

    • Author(s)
      谷垣 賢, 村田 大樹, 服部 吉晃, 北村 雅季
    • Organizer
      薄膜材料デバイス研究会第20回研究集会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 窒化膜付きシリコン基板を用いた単層hBNの観察2023

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      服部 吉晃, 谷口 尚, 渡邊 賢司, 北村 雅季
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
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  • [Presentation] 有機薄膜形成のためのインクジェット法による親水疎水パターニングを用いた液摘挙動制御2023

    • Author(s)
      津田 真太朗,服部 吉晃,井上 聡,北村 雅季
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 塗布型有機薄膜トランジスタのためのUV/オゾン処理有機単分子膜の改質2022

    • Author(s)
      井上 聡, 服部 吉晃, 北村 雅季
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 六方晶窒化ホウ素の高電界下における気伝導と絶縁破壊2022

    • Author(s)
      服部 吉晃
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
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      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 金極薄膜を用いた単層hBNの可視化2022

    • Author(s)
      服部吉晃, 谷口尚, 渡邊賢司, 北村雅季
    • Organizer
      第69回 応用物理学会 春季学術講演会
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  • [Presentation] 薄膜材料デバイス研究会2021

    • Author(s)
      服部 吉晃,北村 雅季
    • Organizer
      金属顕微鏡を用いたアルカンチオール単分子有機膜の可視化
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 疎水性単分子膜を修飾した基板上への塗布法用い有機半導体薄形成技術2021

    • Author(s)
      濱田拓巳,井上聡,服部吉晃,北村雅季
    • Organizer
      2021年度 応用物理学会関西支部 第2回講演会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 塗布法による有機半導体薄膜の製膜において 2度塗りした際の薄膜形成メカニズム2021

    • Author(s)
      近藤隆介, 濱田拓巳, 服部吉晃, 北村雅季
    • Organizer
      2021年度 応用物理学会関西支部 第2回講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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