2016 Fiscal Year Annual Research Report
バンド伝導性ポリマー半導体における構造・物性相関の研究
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16J07912
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山下 侑 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 高分子半導体 / キャリア伝導 / 有機半導体 / 磁気抵抗効果 / キャリアドーピング / 配向化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリマー半導体におけるバンド伝導性を私が初めて報告した後に、他の研究機関からも関連する報告がなされた。最初の私の報告ではドナーとアクセプターが共重合した系(DAポリマー)を高配向化して電界効果トランジスタを作製したものであった。その後、従来型のポリチオフェン系においても高キャリア密度ではキャリアの非局在化が起こることがCambridgeのSirringhausグループより報告された。このような高キャリア密度の実現は私の研究計画でも目指していたことであり、報告された手法を取り入れ、改良を試みた。また、ポリマー半導体研究において重要な配向手法についても改良を行った。これらの手法を開発しながらポリマー半導体におけるバンド的キャリア伝導について理解を深めることを目指した。
結果としてはまず、Cambridgeのグループからの報告例よりも倍以上の伝導度を実現する新規ドーピング手法の開発に成功した。また、イオン液体を用いた電気化学ドーピングと比較してもより高い伝導度を実現している。このような高いキャリア密度の注入により磁気抵抗効果からはこれまでよりも長いキャリアの局在長が見積もられた。また、Variable Range Hoppingにより理解される伝導度の温度依存性について、従来に報告されたES型ではなくMott型を観測する結果を得た。
配向化については10 nm以下の極薄い配向膜を作製することに成功した。このような薄い膜はキャリアドーピングを有効に行うことが容易であるため、高キャリア密度における異方的なキャリア伝導についての知見を得ることが可能となった。
以上のように、ポリマー半導体のキャリア伝導を研究する上での鍵となる配向化、キャリアドープの手法の開発に成功し、ポリマー半導体中のキャリア局在長といった重要な情報を手に入れることに成功しており、今後さらなる進展が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ポリマー半導体のキャリア伝導を研究する上での鍵となる配向化、キャリアドープの新規手法の開発に成功し、従来の報告を大きく上回る特性をすでに実現している。この2つは異方性が強く、また、キャリア密度によって伝導現象が大きく変化するポリマー半導体の研究には非常に重要である。
また、効果的でポリマー半導体の秩序構造を乱さないキャリアドーピング手法によって、計画時には想定していなかったアンダーソン局在に由来する磁気抵抗効果を用いたキャリア局在長の見積もり、比較といった直接的なキャリア伝導に関わる情報の取得に成功している。
これらを踏まえ、計画以上の進展が今年度に得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した配向化、キャリアドーピング手法と磁気抵抗効果、ESRなどの物性測定を組み合わせることでキャリアのコヒーレンスに関する情報を引き続き取得していく。
さらに、XRDなど構造解析を組み合わせることで構造秩序との関連も調べる取組もすでに始まっており、これらは研究計画に沿った進展が期待できる。
また、今年度の計画通り、これまでに開発した配向化・キャリアドープの手法と合わせて一軸圧縮による異方的な圧力がキャリア伝導に与える影響を考察する。これによって、ポリマーのスタック間距離を変調することが可能であると考えられる。スタック間距離は分子振動・高分子鎖のねじれといった構造に関する乱れを大きく結びついており、こうした構造乱れとキャリア伝導の関連について知見を深めることができると考えらる。均質な高配向薄膜をこれまでに作製できていることから、一軸圧縮に関する取り組みを計画通りにスタートできる見込みである。
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