2017 Fiscal Year Annual Research Report
Epitaxial growth of high-mobility organic semiconductor single crystal films using liquid crystal solvent
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15H03982
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤掛 英夫 東北大学, 工学研究科, 教授 (20643331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石鍋 隆宏 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30361132)
柴田 陽生 東北大学, 工学研究科, 助教 (70771880)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 可溶性有機半導体 / 液晶溶媒 / 単結晶 / 有機トランジスタ / 電荷移動度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生活環境への適応性が高いフレキシブルエレクトロニクスを実現するためには、柔軟な構造の有機半導体が必要になる。特に低コストの印刷製法が可能で高移動度の可溶性有機半導体は、電界効果トランジスタに応用が期待されており、今後の情報化社会のキーマテリアルになる可能性がある。しかし、有機半導体の電荷移動には異方性があるため、結晶方位を的確に制御する必要がある。そこで本研究は、分子配向性の液晶溶媒を用いて、可溶性有機半導体の単結晶方位の制御技術を構築することを目的とした。初年度には、摩擦配向膜付きガラス基板で有機半導体の液晶溶液を挟むことで、単結晶の析出成長が確認できた。2年目には面内配向制御が容易な光配向膜上に溶液を塗布することで、単結晶方位を制御できることを示した。最終年度は、析出した有機半導体を用いてトランジスタを試作し、電荷移動度を評価することに取り組んだ。
最初に有機半導体の単結晶板を得るため、酸化膜（SiO2）付きSi基板に塗布した光配向膜に、偏光紫外線を照射することにより水平配向処理を施した。次に、液晶溶媒に濃度6wt%の有機半導体（C8BTBT）を溶かした溶液を光配向膜上に塗布して、室温下で単結晶を育成した。残留した溶媒は低真空環境下で揮発させた。析出した単結晶のＸ線回折測定から、細長い有機半導体分子は基板面からほぼ直立する一方で、面内の分子配置は液晶配向に平行および垂直方向に、それぞれb軸（おおよそ分子面の積層方向）およびa軸（b軸に垂直方向）を有することが分かった。次に有機半導体上にソース・ドレイン電極を形成することで、ボトムゲート・トップコンタクト型の有機トランジスタを作製した。評価の結果、b軸方位の移動度はa軸方位より高くなることが分かった（約２倍）。そのため、液晶溶媒を用いてトランジスタを作製する場合、b軸方位に電荷が走行するゲートチャネルを形成する必要がある。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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