2016 Fiscal Year Research-status Report
高速分子線蒸着セルによる大面積有機デバイスの高速・低コスト作製への挑戦
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15K13954
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中村 雅一 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80332568)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 亮介 静岡大学, 工学部, 助教 (60611530)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機薄膜 / 真空蒸着法 / 高速分子線 / 有機薄膜デバイス / プロセスコスト削減 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機薄膜デバイスの作製における真空蒸着法のデメリットであるプロセス時間の長さや装置コストの高さを解消する手段として、代表者らが発案したホットキャピラリ出射口を持つ「高速分子線蒸着セル」の開発を進めている。また、単に低真空下での高速デバイス作製を可能とするだけでなく、高速分子線による成長中の薄膜の加熱効果によって、基板加熱なしに膜の結晶性を高め電気特性を犠牲にせずに短時間で有機薄膜デバイスが得られることを実証する。
H28年度は、まずH27年度に設計・製作した、汎用性の高い高速分子線蒸着源コンポーネントについて、加熱機構などの改良による加熱／冷却の迅速化、セル内温度分布の最適化などを行った。これを用いて、トランジスタ用有機半導体膜の成膜に要する総プロセス時間が、通常の真空蒸着法の１／３に短縮されることを実証した。ロール・ツー・ロール用装置や差動排気付きバッチ処理装置であれば、短縮効果はほぼ蒸着に要する時間のみで考えられ、１／５０程度にまで短縮することが可能である。また、高速分子線蒸着の基礎実験ならびに今後開発する大面積用高速分子線セルに用いるための小型フラックスモニタを設計・製作し、基礎的な知見を蓄積した。
さらに、高速分子線蒸着によって成長させたトランジスタ用有機半導体薄膜の性能を評価し、H27年度に見いだされた20 Angstrom/s以上の成長速度域において成長速度上昇とともにキャリア移動度が上昇する現象の起源を確認するための実験および熱シミュレーションを行った。その結果、この移動度上昇の主要因はセルからの一時的な輻射加熱であることが判明した。研究本来の目的から、装置コスト上昇やプロセス時間の増加を伴う基板加熱機構は無いほうが望ましいが、この効果を副次的に活用することで、コストや時間に影響なく従来の真空蒸着と同等のキャリア移動度が得られることが確認された。
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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
H27年度に、セルの各部パーツについての設計・試作・実験・解析サイクルに予想以上に時間を要し、高速分子線セルの開発がやや遅れていたが、別の大型汎用真空装置に実験を移すことで遅れは取り戻しつつある。一方、高速分子線セルを用いた高速成膜において移動度が向上する要因の特定にもやや時間を要したが、従来の成長速度で作成されたものを超える性能が得られる見込みが得られつつあることから、こちらは当初計画以上の進行となっている。総合的には概ね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H29年度には、これまでの実験の過程で判明してきた問題点について高速分子線セル構造の最適化をより進めた上で、すでに着手しているカーテン状の高速分子線を放出するマルチキャピラリーセルの開発に重点を移す。これにより、幅広のフィルム状基板にロール・ツー・ロールで蒸着する装置での実験に発展させてゆく。また、平行して、OTFT用活性層の成膜において成膜速度を従来の50倍程度に高めた上で従来以上の性能を得ることを目指し、膜の性能最大値を高める研究を行う。
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| Causes of Carryover |
マルチキャピラリーセルについて、共同研究先企業の協力を得て本格的なロール・ツー・ロール蒸着装置を用いて、その開発を行うこととなった。同装置の導入がH29年度になるため、それに合わせてマルチキャピラリーセル作成のための経費の一部をH28年度に使用することとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
マルチキャピラリーセルについて、すでに予備的な検討実験と大まかな構造設計は行っていることから、H29年度前半にはロール・ツー・ロール蒸着装置に合わせてコンポーネントを設計・製作し、大面積への蒸着実験を進める。
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