2021 Fiscal Year Annual Research Report
変形下での有機半導体デバイスの電気的性能劣化を引き起こす機械的要因の解明
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19K04093
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
小金丸 正明 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20416506)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機薄膜トランジスタ / 機械的応力効果 / ゲート絶縁膜 / ゲートリーク電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
p型有機薄膜トランジスタ（Organic Thin-film Transistor：OTFT）を対象とし、機械的負荷に起因する電気特性変動（機械的負荷が比較的小さな領域）および電気的破壊（機械的負荷が大きな領域）を実験的に評価した。
機械的負荷が比較的小さな領域での電気特性変動評価では、OTFTに曲げ負荷、面内引張り負荷、および面外圧縮負荷下を与え、その際の電気特性変動を評価した。その結果、曲げ負荷・面内引張り負荷・面外圧縮負荷によるGm（増幅率）変化率が，いずれも機械的応力に対して減少することが分かった。また、定量的には面外圧縮負荷、曲げ負荷、面内引張り負荷の順で大きくなることを明らかにした。面外圧縮負荷においては、曲げ負荷および面内引張り負荷に比較して、小さな負荷においても不可逆的な電気特性変動が生じることが分かった。
機械的負荷が大きな領域での電気的破壊の評価では、機械的負荷がOTFT用ゲート絶縁層の絶縁性能へ及ぼす影響を実験的に評価した。その際、ゲート絶縁層の絶縁性能にフォーカスするため、ボトムゲート型OTFT構造から半導体層を取り除いた新たな試験体構造を考案した。考案した試験体に1軸引張り荷重を負荷した状態で電気的境界条件を与え、試験体の応力－ひずみ特性とゲート絶縁層の絶縁性能（リーク電流）の関係を評価した。その結果、ゲート絶縁層の絶縁性能変化（劣化）に基板材料の応力－ひずみ特性と相関が見られた。また、機械的負荷によってソース電極－ゲート電極間およびドレイン電極－ゲート電極間の双方の絶縁層で絶縁性能の劣化が生じた際に、OTFT駆動条件下でリーク電流が検出されることが分かった。すなわち、ゲート電極を経由して、ソース電極からドレイン電極まで電流リークパスが形成されることが示唆された。
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