2018 Fiscal Year Annual Research Report
Performance improvement of solution-processed top-gate organic transistors and development of functional organic devices
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17H03238
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
永瀬 隆 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00399536)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 有機トランジスタ / 有機メモリ / 可溶性有機半導体 / フローティングゲート / トップゲート構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フレキシブル有機デバイスの実用化において、低コストで大面積化が可能な塗布、印刷プロセスによる有機電界効果トランジスタ（塗布型有機FET）の性能改善や塗布型有機FETを用いた機能デバイスの開発が求められる。本研究では、多結晶有機半導体膜を有する塗布型トップゲート有機FETの高性能化及び溶液プロセスで作製できる不揮発性有機FETメモリ、有機フォトトランジスタの開発を目的として研究に取り組んでいる。
平成30年度は、チャネル長を縮小化した塗布型p型有機FETの実効移動度を改善するため、正孔注入層の作製条件の最適化やゲート絶縁膜の薄膜化の効果を検証した。特に塗布形成したMoO3正孔注入層にUV/O3処理を施すことで、接触抵抗を大幅に減少させることが可能となり、チャネル長5 μmの塗布型有機FETで1 cm2/Vsを超える高い平均移動度が得られることが分かった。また、短チャネル有機FETの接触抵抗を等価回路モデルを用いて解析することで、飽和領域の実効移動度に対する接触抵抗の影響に関してより詳細な知見が得られることが分かった。
有機FETメモリ研究においては、前年度に開発した可溶性低分子半導体をフローティングゲートとして用いた有機FETメモリの光照射下でのメモリ特性を改善する手法を幾つか検討した。その結果、電荷蓄積層に新たな可溶性低分子半導体を添加することで、従来よりも優れた書込／消去特性と電荷保持特性を達成できることが分かった。また、有機FETメモリの書込特性に対する照射光の波長依存性を評価することで、分光感度特性に関するより詳細な知見を得ることができた。有機半導体層の電子輸送性や電子準位を制御することで、暗状態においても良好な書込特性を有する塗布型有機FETメモリを作製できることを明らかにした。
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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
平成30年度に予定していた有機回路作製に関してはやや遅れているが、高速デバイス応用に必要となる短チャネル有機FETの実効移動度を着実に向上させることができている。短チャネル化に対して実効移動度の低下を引き起こす接触抵抗に関しても解析や素子作製を通じて、理解が進みつつある。有機回路作製に必要なマスクパターンの設計や作製は既に行っており、今後はよりスムーズに研究が進められるものと考えている。有機メモリについては、性能向上に対して新たな手法を見つけることができ、特に保持特性については従来よりも3桁長い保持時間を達成することに成功している。有機材料を用いたフローティングゲート構造に特徴的な光メモリ特性を観測することもできており、イメージセンサ等の新たな応用展開が期待できる。また、前年度に開発した有機FETメモリで課題となっていた暗状態での低い書込特性も改善できており、作製プロセスの改良によって、より高い性能が得られることを最近明らかにしている。幾つかの研究成果は論文として出版できており、その他の成果についても投稿準備を進めている。
以上の理由から、全般的に研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、前年度に得られた知見をもとに、半導体成膜プロセス、正孔注入層、ゲート絶縁膜の作製条件を最適化し、チャネル長5 μmの短チャネル有機FETでより高い実効移動度を達成するともに、有機FETの接触抵抗に関してより詳細な知見を得る。また、塗布型有機FETでの動作周波数をユニティゲイン測定及びリングオシレータ回路作製から評価し、動作周波数と有機FET構造との関係を明らかにしていく。最適な素子構造を見極め、動作速度の向上を図っていく。また、塗布型有機FETに適した回路作製プロセスを開発し、インバータ等の有機回路を試作する。
可溶性低分子半導体を用いた塗布型フローティングゲート有機FETメモリで低電圧駆動を実現するため、有機半導体、高分子絶縁体、フローティングの材料種に対する効果を調べる。併せて、有機FETメモリの動作メカニズムの考察を進めていき、素子設計に対する指針を得る。アレイ化した有機FETメモリを用いたイメージセンサやメモリ回路を作製し、動作性能を評価する。塗布プロセスで有機積層構造を有するフォトトランジスタを作製する手法を確立し、トランジスタ性能や光機能性を評価し、アクセプタ材料を最適化することで基本性能の向上を図る。
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