高分子の自己組織化を利用する分子メモリ素子開発

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K05220
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 相見 順子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 高分子・バイオ材料研究センター, 主任研究員 (80579821)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 有機トランジスタメモリ / フタロシアニン / スターポリマー

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、機能性分子をコアにもつスターポリマーを電荷蓄積材料（ナノフローティングゲート）とする高性能有機トランジスタ(OFET)メモリ開発を目的とした。
昨年度、超分子ミクトアームスターポリマーが、薄膜中で相分離構造を示すことを明らかにした。本年度は引き続き、超分子ポリマーの相分離挙動について、原子間力顕微鏡(AFM)および透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて調べた。コアにフタロシアニン分子をもつ４分岐ポリスチレン（PS）と、末端にピリジル基を有するポリメチルメタクリレート(PMMA)を混合し成膜すると、約20-50ナノメートルのドメインサイズの相分離構造をもつ薄膜が得られた。コアのない四分岐PSとPMMAをブレンドした薄膜では、表面がより粗いマクロ相分離が見られた結果と比較し、配位結合による２種ポリマーの分子間相互作用が影響していることが示唆された。この超分子ミクトアームスターコポリマー薄膜上に有機半導体を蒸着し、OFETメモリを作成した。OFETメモリに負のゲート電圧を印加すると、しきい値電圧がマイナス側にシフトした。一方、紫外光を照射することで、元の状態に戻り、さらに紫外光照射下で正のゲート電圧を印加するとしきい値電圧がプラス側にシフトすることが分かった。これは、光を用いることで、正負両極性の電荷がポリマー中にトラップされることを示唆し、両極性トラップ型メモリとして動作することが明らかになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 国立台湾大学/国立中興大学(その他の国・地域)
  • Country Name: その他の国・地域
  • Counterpart Institution: 国立台湾大学/国立中興大学
• [Journal Article] Reconfigurable Logic-in-Memory Constructed Using an Organic Antiambipolar Transistor (2023)
  • Author(s): Hayakawa Ryoma、Takahashi Kaito、Zhong Xinhao、Honma Kosuke、Panigrahi Debdatta、Aimi Junko、Kanai Kaname、Wakayama Yutaka
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 23 Pages: 8339～8347
  • DOI: 10.1002/admt.202301049
• [Journal Article] Performance Enhancement of Organic Ternary Logic Circuits through UV Irradiation and Geometry Optimization (2023)
  • Author(s): Panigrahi Debdatta、Hayakawa Ryoma、Aimi Junko、Wakayama Yutaka
  • Journal Title: Advanced Materials Technologies Volume: 8 Pages: 202301049
  • DOI: 10.1002/admt.202301049
• [Presentation] 電荷蓄積高分子を用いて溶液プロセスで作成する 有機トランジスタメモリ (2024)
  • Author(s): 相見順子
  • Organizer: 日本化学会第104春季年会
• [Presentation] Polymer-based nano-floating gate for organic field-effect transistor memory (2023)
  • Author(s): Junko Aimi
  • Organizer: KJF-ICOMEP2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] OFET Memory Based on Supramolecular Miktoarm Star Copolymer with a Zinc Phthalocyanine Core (2023)
  • Author(s): ZHONG, XinHao, PANIGRAHI, Debdatta, HAYAKAWA, Ryoma, WAKAYAMA, Yutaka, TAKEUCHI, Masayuki, AIMI, Junko
  • Organizer: KJF-ICOMEP 2023
  • Int'l Joint Research