2019 Fiscal Year Annual Research Report
分子間振動の抑制を基軸とした次世代有機半導体材料の創製
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17H03104
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡本 敏宏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋爪 大輔 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00293126)
石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / パイ電子系 / 高移動度 / 分子間振動 / 分子形状 / 分子軌道 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，有機半導体の移動度の低下の主原因である「分子間振動」の抑制を本提案の基軸とし，申請者独自のアプローチである「分子形状」エンジニアリングに加えて，「分子軌道」エンジニアリングにより高移動度有機半導体の開発と学術基盤の構築を目指している．以下に，3年次に取り組んだ内容を項目毎にまとめた．
一連の誘導体の精密構造解析・分子動力学計算・大規模伝導計算: 得られた屈曲型誘導体について，より詳細な分子間振動の挙動を明らかにするために，粉末サンプルを用いた温度可変Ｘ線構造解析を行った．また、得られた構造情報に基づき、分子動力学計算も行った。その結果，本研究で対象としている分子群は，期待通り，分子間振動が抑制されている挙動が明らかとなった．隣接する2分子間およびバルク状態の伝導計算を行った結果，2年次に明らかになった新しい伝導形態に関する新たな知見を得た（当初の計画以上の進展があった）．
得られた一連の化合物の単結晶トランジスタ評価：得られた一連の分子群について，これまでと同様に、塗布もしくは貼り付け法によりボトムゲートトップコンタクト型単結晶トランジスタを作製し，半導体性能評価を行った．その結果，10 cm2/Vsを超える世界最高レベルの高性能な半導体材料であることが明らかとなった．
新規n型有機半導体材料の開発：p型半導体と比較して、極端に開発が遅れている電子輸送性n型半導体についても，分子間振動抑制に着目した積極的な分子間相互作用の導入した分子設計である「分子間力」エンジニアリングにより、これまで前例のないバンド伝導性かつ優れた環境ストレス耐性を併せ持つ実用性の高い高移動度 n 型有機半導体の開発に成功した（当初の計画以上の進展があった）．
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Robust, high-performance n-type organic semiconductors2020
Author(s)
T. Okamoto, S. Kumagai, E Fukuzaki, H. Ishii, G. Watanabe, N. Niitsu, T. Annaka, M. Yamagishi, Y. Tani, H. Sugiura, T. Watanabe, S. Watanabe, and J. Takeya
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Journal Title
Sci. Adv.
Volume: 6
Pages: eaaz0632
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] High-performance, semiconducting membrane composed of ultrathin, single-crystal organic semiconductors2020
Author(s)
T. Makita, S. Kumagai, A. Kumamoto, M. Mitani, J. Tsurumi, R. Hakamatani, M. Sasaki, T. Okamoto, Y. Ikuhara, S. Watanabe, and J. Takeya
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Journal Title
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
Volume: 117
Pages: 80-85
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Scalable Fabrication of Organic Single-Crystalline Wafers for Reproducible TFT Arrays2019
Author(s)
S. Kumagai, A. Yamamura, T. Makita, J. Tsurumi, Y. Y. Lim, T. Wakimoto, N. Isahaya, H. Nozawa, K. Sato, M. Mitani, T. Okamoto, S. Watanabe, and J. Takeya
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 9
Pages: 15897
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Nitrogen-Containing n-Type Organic Semiconductors with Asymmetric Heterocyclic Sidechains2020
Author(s)
Craig P. Yu, Shohei Kumagai, Ryoya Kimura, Hiroki Kitamura, Masafumi Yano, Hiroki Sugiura, Yukio Tani, Toshihiro Ise, Tetsuya Watanabe, Jun Takeya, Toshihiro Okamoto
Organizer
日本化学会第100春季年会
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