2020 Fiscal Year Research-status Report
Importance of liquid crystallinity in realizing polymer-based organic field-effect transistors with high mobility and operational stability
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20K05310
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
坂本 謙二 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (00222000)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 有機電界効果トランジスタ / 液晶性 / 高分子有機半導体 / 分子配向制御 / 動作安定性 / 電界効果移動度 / 素子間のばらつき / ドナー・アクセプタ共重合体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機エレクトロニクスの駆動・信号処理を担う有機電界効果トランジスタ（OFET）の実用化には、単に高移動度化を目指すのではなく、高動作安定性、素子間のばらつき抑制を含めた総合的な材料・プロセス技術の開発が求められている。高分子有機半導体の材料開発において液晶性を発現させることの有用性を調べるため、液晶性とDonor-Accepter (D-A)共重合体をキーワードにpBTTT-C16（液晶性）, PCDTPT（D-A）, PQTBTz-C12 (液晶性D-A)の３つのp型高分子有機半導体に着目して研究を行っている。本年度は以下の実験を行った。
オクタデシルトリクロロシラン（ODTS）で処理されたシリコン熱酸化膜（約100 nm）をゲート絶縁膜とするボトムゲート・トップコンタクト型OFETアレイを作製し、同一のバイアス・ストレス（Vgs = -30 V, Vds = -1 V）をOFETsに印加し、閾値電圧の時間依存性を測定した。実効バイアス・ストレス電圧で規格化した閾値電圧シフト量で動作安定性を評価した。pBTTT-C16 >> PCDTPT > PQTBTz-C12順で高い動作安定性が観測された。高動作安定性の実現に液晶性が重要であれば、PQTBTz-OFETsの動作安定性はPCDTPT-OFETsより高いと期待されるが、そうはならなかった。PQTBTz-OFETsの動作安定性が悪い原因として、今回使用したPQTBTz-C12の分子量（Mn = 31,700）が大きすぎるため液晶性を発現していないことが考えられる。Mnが20,000程度のPQTBTz-C12の合成を試みているが、まだ所望の分子量が得られていない。次年度も分子量制御した重合を継続して行う。
並行して、高動作安定性を実現できる配向誘起層の探索に着手している。
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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
研究計画通り、3つのp型高分子有機半導体（pBTTT-C16, PCDTPT, PQTBTz-C12）を用いて、ODTS処理されたシリコン熱酸化膜をゲート絶縁膜とするボトムゲート・トップコンタクト型OFETアレイを作製し、同一の素子構造、同一のバイアス・ストレス条件下でOFETsの動作安定性をを測定した。今年度使用したPQTBTz-C12の分子量（数平均分子量（Mn）=31,700）が大きかった。その液晶性の有無の確認とMn = 20,000程度の材料の合成が直近の課題である。材料合成に若干の遅れが出ているが、並行して高動作安定性を実現できる配向誘起層の探索に先行着手している。
以上より、研究が停滞することなく、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
PQTBTz-C12の重合過程において予期せぬ現象が起きていることから、有機合成の専門家にアドバイスを頂きながらPQTBTz-C12の分子量制御合成を継続して行う。また、研究計画通り、撥水性ナノグルーブ表面による分子配向制御が電界効果移動度、素子間のばらつき、動作安定性に及ぼす効果と液晶性の関係を調べる。前年度同様、並行して高動作安定性を実現できる配向誘起層の探索、塗布プロセス、素子構造の検討を先行して進める。
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| Causes of Carryover |
本研究で使用するD-A型液晶性高分子有機半導体の合成を試みているが、分子量制御に時間がかかっている。次年度に分子量制御合成を継続して行うため、本年度使用予定であった物品費の一部を次年度に繰り越した。コロナ渦の状況下で調査及び成果発表のための学会がオンライン開催となったため、旅費の使用額が零となり、研究費有効活用のため繰り越した。
R3年度は、繰り越し金とR3年度の助成金の一部を使い、液晶性高分子有機半導体の分子量制御合成を継続して行う。残りの助成金は、デバイス作製、新規配向誘起層の探索のための物品費、旅費（学会が現地開催となった場合を想定）、学会関連費として当初の計画通り使用する。
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Research Products
(4 results)
