2018 Fiscal Year Annual Research Report
Classifying the interfacial traps in organic field-effect transistors and revealing the mechanism of the formation of low-trap-density interfaces
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18H01855
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
松井 弘之 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (80707357)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機電界効果トランジスタ / 有機半導体 / ノイズ / バイアスストレス / 揺動散逸定理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蒸着などの真空法で作製された有機電界効果トランジスタ（OFET）と比較して、溶液法で作製されたOFET は構造欠陥や不純物によるトラップ準位が多く、性能が著しく劣るとの考え方が根強い。そのような中、提案者らはトラップ密度が極めて低く、世界最小の0.3 Vで動作するOFET 回路を溶液法によって実現した。この成果に基づき、本研究では、溶液法による低トラップ密度界面が生じるメカニズムを明らかにするとともに、その界面電子物性をキャリアのゆらぎによって生じるノイズ（揺動）と緩和現象としてのバイアスストレス（散逸）の同時精密計測を通して詳細に解析する。
平成30年度は、まず溶液法で作製したOFETの伝達特性を様々な温度で測定し、Fortunatoらの解析方法に基づいて、トラップ準位のエネルギー状態密度を解析した。その結果、有機半導体層に絶縁性高分子をブレンドすることでトラップ密度が約1桁減少し、ルブレン単結晶トランジスタに近いトラップ密度であることが分かった。また、有機半導体／金属界面のコンタクト抵抗による解析誤差を無くすため、四端子測定が可能なOFET素子をスーパーインクジェット(SIJ)印刷法を用いて作製中である。
加えて、塗布法によるOFETの界面電子物性をキャリアのゆらぎによって生じるノイズ（揺動）と緩和現象としてのバイアスストレス（散逸）の同時精密計測を通して詳細に解析するため、低ノイズ電流入力アンプ、高分解能オシロスコープ、任意波形発生器、および液体窒素真空プローバーからなる計測システムを新たに構築した。
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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
塗布法によるOFETのトラップ準位のエネルギー状態密度分布を解析し、それが有機半導体／絶縁体界面の改質によってどのように変化するかを明らかにした。加えて、ノイズ（揺動）とバイアスストレス（散逸）の同時精密計測に向けた計測システムを構築したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機半導体／金属界面のコンタクト抵抗による解析誤差を無くすため、四端子測定が可能なOFET素子をスーパーインクジェット(SIJ)印刷法を用いて作製し、トラップ状態密度の解析を行う。
加えて、平成30年度に構築したノイズ（揺動）とバイアスストレス（散逸）の同時精密計測システムを用いて様々なOFETを測定し、ノイズとバイアスストレスの関係性を明らかにする。さらに、有機半導体を除いた金属／絶縁体／金属のキャパシタ構造で同様の測定を行うことにより、半導体（または半導体／絶縁体界面）由来のノイズ・バイアスストレスと絶縁体由来のノイズ・バイアスストレスを明確に分離する。
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