2016 Fiscal Year Research-status Report

有機エピタキシーによりπスタック方向を制御した高移動度トランジスタ

Research Project

Project/Area Number	16K06296
Research Institution	University of Yamanashi
Principal Investigator	小野島紀夫山梨大学, 総合研究部, 准教授 (40500195)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	ポリマーブレンド / 静電スプレー堆積法 / 自己組織化相分離 / 有機トランジスタ
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，有機半導体のπスタック方向を制御する有機エピタキシーにより高い移動度をもつ有機トランジスタを実現することである．我々はこれまでに，金ストライプを起点として有機分子の配列が規則正しく制御されるグラフォエピタキシー現象を発見している．そこで本研究では，金ストライプ上にゲート絶縁膜，有機半導体活性層を形成してトランジスタ構造の作製を試みた．しかし，ゲート絶縁膜を形成した後に有機半導体を成膜するとπスタック方向が金ストライプ方向に制御されないことがわかった．そこで，有機半導体と絶縁性ポリマーをブレンドして自己組織化相分離により有機半導体/絶縁膜の積層構造が形成される技術に着目した．平成28年度の研究実績として以下の2点を述べる： 1，静電スプレー堆積法を用いた有機半導体TIPS pentacene/絶縁性ポリマーPMMAブレンド膜の形成および垂直方向相分離によるTIPS pentacene/PMMA積層構造の作製 2，TIPS pentacene/PMMAブレンド膜を用いた有機トランジスタの作製および相分離界面における良好な電気的特性の実証我々はロール・ツー・ロール工程への応用が可能な静電スプレー堆積法を用いている．この方法は，乾燥工程が不要なため他の方法に比べて生産効率が高い印刷プロセスである．しかし，相分離は溶媒蒸発の過程で起こるため静電スプレー堆積法でTIPS pentacene/PMMA積層構造が形成されるか知られていなかった．そこで我々は，トランジスタ動作から垂直方向相分離を明らかにし，さらに相分離により自己組織的に形成されたTIPS pentacene/PMMA界面がキャリアトラップの少ない良好な電気的特性をもつことを実証した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 現在までの進捗状況は，当初の研究計画どおりではないが着実に進んでいると考えている．その理由は以下のとおりである．平成28年度の研究において，TIPS pentacene/PMMAブレンドを用いてゲート電極(Au)上に簡便なワンステップで有機トランジスタを作製する技術を確立した．しかし，垂直方向相分離により上層に析出するTIPS pentaceneの分子配向(結晶成長方向)を制御するには至っていない．この原因として，下層のPMMAが先に析出するためTIPS pentaceneがPMMA上でランダムに結晶成長することが考えられる．その結果，基板テンプレートの構造による分子配列制御(エピタキシー)が起こらないと考えられる．そこで次年度の研究では，静電スプレー堆積プロセスにおいてブレンド溶液の調整，微細マスクの適用に取り組み，有機分子のπスタック方向制御を目指す．
Strategy for Future Research Activity	平成28年度の研究実績を受けて，今後の研究では以下の2点に取り組む： 1，TIPS pentacene/PMMAブレンド溶液の溶媒を検討 2，静電スプレー堆積法に微細マスクを用いてブレンド膜を形成 1について，これまでTIPS pentaceneの良溶媒であるオルトジクロロベンゼンを用いてブレンド溶液の調整を行っていた．しかし，ブレンド膜の垂直方向相分離によりPMMAが先に下層に析出するため，上層のTIPS pentaceneはPMMA上でランダムに結晶成長することが考えられる．そこで，オルトジクロロベンゼンからPMMAの良溶媒である酢酸ブチルなどに変更して上層のTIPS pentaceneを先に析出させる．これにより，基板テンプレートの構造によるTIPS pentaceneの分子配列制御(エピタキシー)が可能になると期待される．2について，ランダムな結晶成長を抑制するために微細マスク(穴のサイズ：数百ミクロン)を用いて核形成を制御する．さらに，高アスペクト比の微細マスクを用いてマスク形状にしたがって優先的に結晶成長が進むことを確かめる．微細なアレイマスクを用いることで，πスタック方向を制御した有機半導体単結晶アレイを作製し，特性が均一で高い移動度をもつ有機トランジスタアレイの実現を目指す．