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2020 Fiscal Year Annual Research Report

アセンジカルコゲノフェンジオン骨格を有する有機近赤外フォトディテクター材料の開発

Research Project

Project/Area Number 19K15646
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

川畑 公輔  東北大学, 理学研究科, 助教 (10710212)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords有機半導体 / 近赤外光吸収 / 有機電界効果トランジスタ / キノイド / ドナー-アクセプター / カルコゲン
Outline of Annual Research Achievements

本研究では有機近赤外フォトディテクター材料の開発を目的として、電子受容性の高い縮環キノイドである、アセンジカルコゲノフェンジオンをアクセプター部位として用いた新規ドナーアクセプター分子の設計・合成・評価を行った。
まず、ベンゾ-および、ナフト-ジチオフェンジオンの両端にチオフェン、ビチオフェン、ターチオフェンを連結させたD-A-D型分子を合成したところ、末端チオフェンの数が増えるにしたがって、最大吸収波長が可視領域から近赤外領域へと大きくレッドシフトし、吸収端波長は1050 nmに及んだ。また、薄膜において、吸収端波長は最長で約1800 nm(0.7 eV)と極めて小さな光学バンドギャップを示した。この極めて小さい光学バンドギャップにもかかわらず、いずれの半導体分子もHOMO/LUMO準位がおよそ-4.0 eVと-5.0 eVを下回り、これらを活性層に用いた有機電界効果トランジスタは大気安定な電子およびホール輸送を示し、キャリア移動度が0.01 cm2/Vsを上回る良好な半導体材料であることが明らかにした。また、アクセプター骨格中の硫黄原子を酸素およびセレンに置換することで、電子構造、および骨格の平面性や剛直性を制御し、吸収の長波長化、および電荷輸送特性の向上(>0.1 cm2/Vs)を達成した。
これら一連の半導体分子の電子構造を量子化学計算によって詳細に調べたところ、本キノイドアクセプター骨格はD-A-D型分子において、分子内電荷移動により、中央のキノイド6員環構造が芳香族性を獲得できることから、分子内電荷移動が促進され、吸収の長波長化を引き起こすと考えられる。以上の結果から、本研究で開発した縮環キノイド骨格が近赤外吸収有機半導体の設計における有望なビルディングユニットであることを明らかにした。

  • Research Products

    (3 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Carbonyl-Terminated Quinoidal Oligothiophenes as p-Type Organic Semiconductors2020

    • Author(s)
      Asoh Takato、Kawabata Kohsuke、Takimiya Kazuo
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 13 Pages: 3020~3020

    • DOI

      10.3390/ma13133020

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Donor-Acceptor-type Organic Semiconductors based on Acenedithiophenediones2021

    • Author(s)
      川畑公輔、瀧宮和男
    • Organizer
      日本化学会 第101春季年会
  • [Remarks] 有機化学第二研究室

    • URL

      http://web.tohoku.ac.jp/ogchmii/

URL: 

Published: 2021-12-27  

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