2012 Fiscal Year Annual Research Report
高性能有機トランジスタおよび太陽電池を与える新規なＮ型有機半導体の創出
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23350088
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 敬郎 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (90116872)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 有機トランジスタ / 有機エレクトロニクス / 機能材料 / 電子受容体 / 合成化学 |
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| Research Abstract |
分子軌道エネルギーおよび分子間相互作用を考慮して、ヘテロ環化合物を基本骨格としたπ拡張電子系を設計・合成してn型半導体を開発し、これらを活性層とする薄膜トランジスタを作製した。分子構造ならびに分子間相互作用は、単結晶X線構造解析で解明し、薄膜構造はX線回折ならびにＡＦＭ測定で明らかにした。例えば、チオフェン環が縮環したジシアノキノジイミン（ＤＣＮＱＩ）誘導体を開発しn型トランジスタに導いた。この分子では長鎖アルキル基を導入することで有機溶媒に対する溶解性を増大させ、溶液法でのＦＥＴデバイス作製を可能とした。また、ジインデノピラジン環にジシアノメチレン基を導入して電子受容性を高め、大気下で駆動するトランジスタの開発に成功した。ＴＣＮＡＱ（テトラシアノアントラキノジメタン）では、チオフェンオリゴマーを置換したドナー－アクセプター系が分離積層型のカラム構造を取ることを明らかにした。Ｎ－アリールフタルイミド誘導体ではアリール基としてトリフルオロメチルフェニル基の導入が電子受容性の増大ならびに結晶性をよくすること、分子をヘリングボーン型に配列することに有効であることを明らかにした。この結晶は対称心を持たない構造を取り、バルク構造として自発分極し、トリボクロミズム（摩擦発光）を示した。種々の置換体を合成し，発光特性と結晶構造の関係を明らかにした。ジケトピロロピロールではＮＨ体がn型特性を示したのに対し，Ｎ-アルキル体はp型特性を示した。このことはNH体での水素結合によりリボン状のネットワークがn型特性の発現に重要であることを示している。薄膜有機太陽電池のn型半導体としては、非対称のナフトビスイミド系でN位の置換基としてシアノフェニル基が光電効果を高めるのに有効に働くことを見つけた。
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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
新規なn型有機半導体の開発に成功し、それらを用いた電界効果トランジスタが良好な性能のn型特性を示している。n型有機半導体に長鎖アルキル基を導入し、有機溶媒に対して溶解性を向上させて、溶液法でのデバイス作製もできている。これらの研究成果を国際紙に発表している。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規なn型有機半導体の開発研究を続行し、半導体の構造と電子受容性などの物性やトランジスタデバイス特性の関係を明らかにする。特に、半導体の電子受容性を高めて大気下での安定性の向上を図る。また、半導体分子の基盤への配列制御を水素結合やヘテロ原子の相互作用を考慮して行う。これらの知見を分子設計にフィードバックさせ、さらに高性能のn型有機半導体を開発する。有機溶媒に可溶な半導体の開発もすすめる。
有機太陽電池の研究では次元性の高いn型半導体を開発し、電子移動効率の向上を図る。
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