2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel electronic properties of organic semiconductor thin films by field-effect doping and their characterization
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17K05506
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute |
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Principal Investigator |
黒田 新一 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (20291403)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊東 裕 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10260374)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電界ドーピング / 化学ドーピング / 電荷キャリア / 波動関数の空間広がり / DFT計算 / 導電性高分子 / イオン液体 / 金属転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機FET構造による電界注入キャリアを主な対象として、ESRによるミクロ観測とマクロな伝導特性の測定を相補的に行い、有機半導体の物性や機能の探索・解明を進めて来た。今年度は、昨年度に引き続きチエノチオフェン系低分子および結晶性高分子ポリチオフェンのESR研究、および伝導特性では、チエノチオフェン系高移動度高分子PBTTTのイオン液体FETを対象として、以下の成果を得た。
１．アルキル鎖を有するチエノチオフェン系の代表的な高移動度分子材料であるC8-BTBTのキャリア波動関数の空間広がりについて、昨年度の研究を発展させた。電場誘起ESRとヨウ素ドープ薄膜のESR信号のｇ値の一致から、電界注入および化学ドープキャリアが同一の電子状態のキャリアであることを確認した。低温におけるヨウ素ドープ薄膜の不均一ESR線幅と、溶液ESRのDFT計算に基づく解析から求めた一分子の超微細線幅との比較から、波動関数の広がりが100分子に達することを高精度に示し、バンド的伝導性をミクロに裏付けた。一方、ポリチオフェンの電場誘起ESRでは、SiO2固体絶縁膜の自己組織化単分子膜による化学修飾が、高分子ドメイン間ホッピング運動によるESR線幅の先鋭化として観測できることを示した。
２．PBTTTのイオン液体ドープ下での電気伝導・磁気抵抗測定から、高ドープ下での金属的伝導が温度とドーピング濃度の低下により、弱局在、さらに可変領域ホッピングに連続的に変化することを示した。弱局在伝導は結晶性ドメイン内で発生し、低温低ドープ下ではエネルギー障壁となるドメイン境界に対し、かなりの低伝導度までコヒーレント伝導を保つことを示した。さらに伝導特性と熱電特性の係りを議論した。
これまでの研究からチエノチオフェン系低分子および高分子の優れた特性が示されると共に高移動度材料の設計指針が示唆された。またESR法の有用性が示された
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