Development of organic semiconductors composed of unsymmetric skeletons and unsymmetric endcaps

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Inoue Satoru 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00799562)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有機半導体 / 有機エレクトロニクス / クリスタルエンジニアリング / プリンテッドエレクトロニクス

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed solution-processable organic semiconductors (OSCs) with excellent practical properties by focusing on the molecular design of unsymmetrically substituted rod-like molecules with unsymmetrically fused-ring π-skeletons. We revealed that the expansion of the fused-ring structure is quite effective for improving both carrier transport properties and thermal durability in the OSC device. Additionally, we clarified that the substitution of long-alkyl chains synergistically enhances the device performance. Furthermore, we found that controlling the degree of freedom of the substituents can form a distinctive layered solid crystalline phase, analogous to the liquid crystalline phase, and coupling of steric effects can form a polar crystal structure with strong nonlinear optical responses. These findings provide new insights leading to the emergence of novel device structures.

Free Research Field

有機機能材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で明らかにした層状分子配列技術は、半導体の分子配列がデバイス性能に直結する有機半導体研究にとって、きわめて重要な学理となる。特に今回の成果は、有機半導体として有望なπ電子骨格の選定拡張性を大幅に広げるものであり、有機物質本来の強みである多彩な物質設計性を、より効果的に活用した材料開発を促進するものと期待される。さらに、本研究によって明らかにした新たな層状結晶とその構築原理は、液晶の持つ柔軟な性質と有機半導体を統合したソフトマターエレクトロニクス、光機能と電子機能が融合したオプトエレクトロニクスといった、融合デバイス創発に向けた手掛かりとなることが期待される。