2016 Fiscal Year Research-status Report
モノアルキル鎖の棒状液晶分子を活用した高品質な有機トランジスタ材料の開発
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15K05662
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
飯野 裕明 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (50432000)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | モノアルキル鎖構造 / バイレイヤー構造 / アニール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究目的であるモノアルキル鎖を有する棒状液晶材料の高移動度化の一般性を調べるために、アルキル鎖長を変化させたモノアルキル鎖のPh-BTBT誘導体および、BTBT環を別の骨格にしたフェニルターチオフェン(Ph-TTP)誘導体を合成し、液晶相の評価、液晶相を活用した結晶薄膜の作製、FET試作による移動度評価を行った。アルキル鎖長を変化させたPh-BTBT誘導体においても、その液晶相を活用した製膜により、製膜直後の薄膜はモノレイヤー構造であるものの、熱アニール後はバイレイヤー構造になり、移動度はアニールにより大幅に上昇した。特に、アルキル鎖長がC14の誘導体ではバイレイヤー構造の際に、移動度が16.8cm2/Vsに達した。BTBT環の代わりにターチオフェン誘導体に置換したPh-TTP誘導体も同様に、高次の液晶相であるSmE相を発現し、液晶相経由の薄膜形成では、液晶相の構造を引き継いだモノレイヤー構造になるものの、熱アニール後は、電荷輸送部位となるπ電子共役部位であるコア部が向かい合ったと考えられるバイレイヤー構造を形成することが低角のXRD測定より明らかになった。FETの特性から、モノレイヤー構造からバイレイヤー構造に変化することで移動度が増加した。
さらに、高移動度化の要因として、SmE相がレイヤー内でへリングボーン構造を形成するため、これらの材料の結晶も同様なへリングボーン構造を形成し、SmE相を発現する分子を積極的に用いることで、移動度の大きな結晶薄膜を容易に作製できることがXRD測定より明らかになった。一般的には結晶格子における分子の位置を制御することは困難であるが、SmE相を有する液晶材料を用いることで、へリングボーン構造を有する結晶を形成し、比較的容易に高移動度を示す有機半導体材料の開発が可能になる。
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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
バイレイヤー構造を形成することによる高移動度化の一般性を示すために、アルキル鎖長を変化させた材料の評価やコア部を変更させた誘導体を構造からFETの移動度まで評価でき、おおむね順調に進んでいるといえる。さらに、高移動度の要因として、へリングボーン構造を示すSmE相を有するために起因していることを示すことができ、おおむね順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、これまで明らかにしてきた材料の知見を活かした材料およびアニール等のプロセスを活用し、高移動度(20cm2/Vs)を示すトランジスタを実現する。当初の計画通り、高移動度になると大きな問題となるトランジスタのコンタクト抵抗の問題も併せて検討し目標の移動度を示すトランジスタの実現を目指す。
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| Causes of Carryover |
最終年度は、20cm2/Vsを越す高い移動度を示す有機トランジスタ材料実現のために、今年度明らかになった知見を活かし、新規材料の追加合成が必要となった。そのため、有機合成を専門とする研究員の力が追加で必要となり、その人件費として利用を行うため、次年度への使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の理由の通り、高移動度を示すモノアルキル鎖を有する液晶性有機半導体の合成のために、人件費としての利用を計画している。
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