| Project/Area Number |
23K13714
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
横倉 聖也 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40834742)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 強誘電体 / 有機半導体 / 有機エレクトロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
近年，安全で豊富な元素からなる有機強誘電体が注目されている．強誘電体とは，ミクロスコピックな分極が結晶内で秩序だって配列するpolarな材料であり，マクロな分極が保持され，ある閾値以上の外部電場を印可することで分極方向を反転できる材料である．本研究で追究する界面分極は，non-polarな材料で構成可能であり，界面数層の電荷トラップを起源するため薄膜の配向制御が不要である．本研究では，半導体材料，誘電材料，界面構造を最適化することで，界面分極を巨大化する．また，巨大界面分極による高効率な有機光電変換を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，安全で豊富な元素からなる有機強誘電体が注目されている．強誘電体とは，ミクロスコピックな分極が結晶内で秩序だって配列するpolarな材料であり，マクロな分極が保持され，ある閾値以上の外部電場を印可することで分極方向を反転できる材料である．本研究で追究する界面分極は，non-polarな材料で構成可能であり，界面数層の電荷トラップを起源するため薄膜の配向制御が不要である．本研究では，半導体材料，誘電材料，界面構造を最適化することで，界面分極を巨大化する．また，巨大界面分極による高効率な有機光電変換を目指す．
初年度は，有機合成の環境を整え，狭バンドギャップ半導体を候補とし有機半導体層を探索した．Tetraphenylcyclopenta[hi]aceanthrylene（TPCPA）をはじめとする種々の分子を合成し，独自技術であるナフタレンフラックス法により結晶化し，単結晶X線構造解析により結晶構造を決定した．得られた結晶構造をもとに，hoppingモデルで各結晶のホール及び電子移動度を見積もった．その結果，,2,6,7-tetraphenyldicyclopenta[cd,jk]pyrene（ＴＰＤＰＰ）結晶が，電子及びホールの両方で2次元的な電荷輸送経路を形成するアンバイポーラ材料であることが示唆された．実際に単結晶トランジスタを作製し特性を評価したところ両極性特性が得られた．これらの内容について論文にまとめた．ＴＰＤＰＰを用いたメモリ素子を試作し，過去の素子と同程度の残留分極が得られた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
単成分有機半導体を用いた系でも２成分系と同程度の残留分極が得られた．界面構造の工夫や，2成分化およびヘテロ構造の形成により，さらに分極が大きくなると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
TPCPAに配位能を付与した分子を合成した．これを用い多孔質な半導体層を作成し，その空孔を利用したヘテロ界面の形成を目指す．また，それを利用し巨大な界面分極を取り出す．
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