2019 Fiscal Year Research-status Report

有機半導体検出器の性能向上のための高移動度極性有機半導体の開発

Research Project

Project/Area Number	19K05336
Research Institution	National Institute of Technology, Toyama College
Principal Investigator	山岸正和富山高等専門学校, その他部局等, 講師 (20615827)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	高田英治富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (00270885) 岡本敏宏東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	有機半導体単結晶 / 溶解度の向上 / 有機半導体検出器
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，有機半導体を用いた放射線の直接検出を実現する指針とその実証である．有機半導体は材料の生体等価性や形状のフレキシビリティなどの点から，新しい放射線検出機として注目を集めている．本研究では，有機半導体による放射線計測のメカニズム解明と1) キャリア移動度，2) 長いキャリア寿命，3) 狭いバンドギャップを指向した放射線計測用新規有機半導体の開発とを目論んだ．昨年度の研究では，有機半導体による放射線計測のメカニズムを調べるために，これまで放射線計測が報告されている有機半導体としてルブレンおよびp-cyanophenol (pCP)の単結晶を用いた素子を作製し，結晶部および電極部にそれぞれに放射光を照射し，信号の増減を詳細に調べた．その結果，いわゆる “半導体検出器”としての電流増加は，有機半導体単結晶ではなく素子の電極金属で起きていることが明らかになった．今後は，単結晶に放射線照射時に確認できた電流の微小変化の原因を調べるとともに，通常の“半導体検出器”とは異なる有機半導体で見られる微小信号を増大させる素子構造の検討が必要となる．また，放射線との相互作用を増加させるために，炭素やケイ素よりも放射線との相互作用が期待できる硫黄元素を3 つ含んでおり，かつ高移動度を有するTBBT骨格の誘導化を行った．本年度は，膜厚化を指向して溶解度の向上が期待できる分岐のあるアルキル鎖を導入した．従来の合成法で導入できる分岐アルキル基を選定し，いくつかの誘導体の合成に成功した．得られた材料に対しては，精製の後，溶解度や結晶構造解析などの基礎物性評価および伝導特性，放射線検出能を評価する．今後，上記の単結晶素子での放射線検出試験の結果を受けて，放射線との相互作用をより向上させるための炭素より重い元素を含む置換基選定，合成および特性評価を行う．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason やや遅れていると判断した理由は，主に以下の二点である．一つは，有機単結晶と電極別の放射線照射の実験の結果，提案書の段階で想定していたよりも有機半導体と放射線の相互作用が弱いことが明らかとなったことにある．当初予定していたよりも，膜厚化や重元素の導入が必要であることが明らかになったため，置換基の選定と合成条件の検討に対処せざるを得なくなってしまった．二つ目は，年明けからのコロナウィルス騒動により，研究活動が制限されたことにある．当初の研究計画と比較するとやや遅れていると判断できるが，19年度の研究によって，研究計画ではサブテーマとしていた素子構造の検討がより重要であることがわかった．また，開発すべき分子の方向性も修正され，当初の研究計画とは異なる段階に入るに十分な成果が得られたと考えている．
Strategy for Future Research Activity	有機半導体検出器のメカニズム解明のために，有機半導体単結晶への放射線照射により観測された，通常の “半導体検出器” の検出信号とは異なるより小さな電流量の変化の原因を明らかにする．まず，結晶の厚みやチャンネル長，素子構造を変え，信号の増減を比較検討する．さらに，電流値の増加以外での放射線検出も念頭に置き，コンデンサ構造やトランジスタ構造，有機半導体チャンネルへの部分ドープングなどの構造を検討する．新規材料に関しては，引き続き開発を進める．19年度に得られた分子については，精製の後，基礎物性評価および製膜試験，伝導特性評価，放射線検出能の評価を行う．また，19年度の結果を反映させて，より放射線との相互作用が期待できる置換基としてチオエーテルやアルキルチオフェンなどを検討する．TBBT-V骨格の比較対象として，同等の高移動度を有するDNT-V骨格の材料についても放射線検出能を測定する．電流の増加以外での放射線検出の可能性も考慮した置換基の検討も必要となることも考えられる．
Causes of Carryover	年度末の学会等の中止により，旅費分の余剰が発生した．試薬費等，実験に使用していたが，コロナウィルス騒動に伴う登校自粛により実験自体に制限がかかってしまったため，トータルとして余剰が発生することとなった．次年度では，年度末に実施予定であった実験に用いる試薬費として使用する予定である．