2018 Fiscal Year Annual Research Report
Origin of low frequency noise in organic thin film transistors
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18H01861
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
植村 隆文 大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (30448097)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機トランジスタ / 増幅回路 / 低周波ノイズ / 微小信号 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Internet of Things技術による社会基盤の高度化と共に、各種物理センサ向けの微小信号検出技術が重要になっている。本研究では、有機トランジスタの低周波ノイズ解析により、そのノイズ発生の物理要因を明らかにし、高感度センサ実現に資する低ノイズ・フレキシブル信号増幅回路を実現する。
2018年度は、研究実施計画の通りに有機トランジスタ中における低周波ノイズの計測・評価システムの構築を完了した。具体的には、低周波ノイズのゲート電圧依存性を評価することを念頭に、トランジスタ・チャネル幅を比較的広くしたデバイスをデザインし、低ゲート電圧においても比較的大きなドレイン電流を得ることによって正確な測定が実施できるように工夫を行った。またチャネル長の異なるデバイスも同時にデザインし、低周波ノイズ特性に対して接触抵抗の影響が把握できるデバイス群を構成した。実験としては、構築したシステムを用い、接触抵抗の影響を無視できるデバイス群において、有機半導体中で発生するノイズ量を定量的に評価した。具体的には、高い大気安定性とバンド伝導性を示す有機半導体材料DNTTについて、有機トランジスタのノイズ量を定量的に評価することに成功した。
加えて、2019年度以降に計画していた界面修飾技術を先行して導入し、有機トランジスタの低ノイズ化についての取組みを開始した。界面修飾技術の導入により、当初の計画の狙い通り、有機トランジスタの低周波ノイズ量が低減できることを見出した。現在、有機トランジスタのトラップ密度と低周波ノイズ量の相関関係を調査すべく、実験を開始している。この実験により、更なるノイズ量の低減に向けたデバイスデザイン指針の獲得を目指している。
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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
研究計画では、有機半導体として代表的な材料であるペンタセンに着目してシステムの構築を行うことを計画していたが、大気中で電気的特性が安定であり、作製ばらつきの小さいDNTTを活用してシステムの構築を行う計画に変更を行った。これにより、システムの構築はスムーズに進捗する事が可能であった。研究計画の主眼について変更はなく、今後、計画通りに実験を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、有機トランジスタの低周波ノイズ特性に関連するデバイスパラメータとして、本研究申請当初に掲げていた①接触抵抗、②有機半導体材料種、③結晶粒界、④界面制御技術のうち、②と③に着目して実験を展開する。
②有機半導体材料種に関わる実験においては、これまでに評価を実施したDNTTの他、低周波ノイズに関しての研究実施例の多いペンタセン、または、高移動度を示すC10DNTT等についての評価を行い、種々の有機半導体材料に依存したノイズ量を比較・評価する。その他、ポリマー半導体や、結晶性の非常に高い低分子材料などについても必要があれば追加評価を行うこと検討する。以上の取組みにより、低ノイズ半導体材料の選定を完了する。
③結晶粒界に関わる実験においては、有機半導体成膜時のプロセス条件を変更し、結晶粒サイズの異なるデバイスを作製し、それぞれのノイズ量を比較・評価する。これにより、ノイズ量を最小化する成膜プロセス条件を確立する。
以上の取組みにより、有機トランジスタ中の低周波ノイズの発生メカニズムを深く理解し、更にその理解に基づき、デバイス構造、材料、プロセスを最適化することで有機トランジスタの内在ノイズを最小化する。また、nVレベルの微小信号計測に向けた微小信号増幅回路の設計を開始し、本研究の最終目標である低ノイズ・フレキシブル信号増幅回路の実現に向けての取組みを開始する。
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