2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of quality N-channel organic transistor using calamitic liquid crystals
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20K05644
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
飯野 裕明 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (50432000)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液晶性有機半導体 / Nチャネルトランジスタ / 溶液プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は①深いLUMOレベルを有する液晶性の有機半導体材料の薄膜作製の検討と、高結晶性を得るための熱アニール条件の検討、②Nチャネルトランジスタ動作を実証するための低仕事関数電極の利用の検討やゲート絶縁膜界面のトラップ低減方法を検討した。①の薄膜作製の検討においては、液晶性を発現する温度での溶液プロセス（スピンコート法）による製膜で、Pチャネルの液晶性の有機半導体材料と同様に、平坦な薄膜が容易に作製できることを明らかにした。また、熱アニールを行うことで、結晶性も向上することを面外XRD測定より明らかにした。このような平坦性および結晶性の高い多結晶薄膜を用いることで、高移動度を示すNチャネル有機トランジスタの実現が期待される。②の低仕事関数電極として酸素や水の影響を受けづらいZnOおよびMgAg電極を検討した。有機半導体材料としては、溶解性の高く比較的LUMOレベルが深い液晶性のペリレンジイミド誘導体を用いた。ZnOは仕事関数の位置が不適切なためNチャンルでのトランジスタ動作は実現しなかったが、MgAg電極においては接触抵抗を小さくすることができ、比較的安定的なNチャネル動作を実現した。さらに、ゲート絶縁膜界面のトラップを減らすため、高分子膜で熱酸化膜シリコンを覆うことで、液晶性ペリレンジイミド誘導体においても閾値電圧の小さく、ある程度移動度の高いNチャネル動作する有機トランジスタが実現した。
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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
2020年度は、LUMOレベルの深い棒状液晶材料の製膜性と高結晶させるプロセス条件の発見とNチャネル動作を実現するデバイス作製プロセスの検討を行った。その結果、液晶性の利用することによる平坦な薄膜作製が実現でき、結晶性の向上も実現できた。また、安定的な電極として、MgAg電極が利用できることを確認し、目的のLUMOレベルの深い棒状液晶材料のNチャネル動作の確認の準備が計画通り進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、材料評価として過渡光電流測定法による移動度評価を行う。また、Nチャネル動作を安定的に実現するために、水や酸素が1ppmとなるグローボックスでのプロセス検討を行い、目的のLUMOレベルの深い棒状液晶材料のNチャネル動作の実現を検討する。
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| Causes of Carryover |
使用する材料が比較的安価に合成できた一方で、2021年度実施予定のでグローブボックスでの評価が非常に重要なことがわかり、次年度使用額に繰り越すことにした。
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