2013 Fiscal Year Annual Research Report
理想ＭＩＳ界面の形成による有機ＦＥＴの極限性能追求
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23655171
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
中村 雅一 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80332568)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 亮介 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (60611530)
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| Keywords | 有機半導体 / 理想界面 / 半導体物性 / 有機トランジスタ / 結晶工学 |
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| Research Abstract |
本研究では、有機電界効果トランジスタ（OFET）におけるキャリア輸送の極限性能を確認し、その阻害要因を明確にするために、原子スケールで平坦（原子フラット）なゲート絶縁層と有機半導体層の理想ＭＩＳ界面を形成することを目指した。
今年度は、まずチャネル電位分布評価法として用いているＡＦＭポテンショメトリにおける測定精度を向上させることにより、OFETにおける電極接触部に生じる分布抵抗の影響を精密に調べ、以後の解析において接触抵抗の影響が無視できることを確認した。また、前年度までにエピタキシャル成長することを確認している原子スケールで平坦なマイカ基板上および平坦でないシリコン酸化膜基板上に成長したペンタセン薄膜について、その結晶構造を微小角入射Ｘ線回折法によって比較した。その結果、マイカ上のペンタセン薄膜は、分子／基板間相互作用が大きいことに起因すると考えられるa軸方向への格子定数の増大が確認された。
次に、マイカ基板を用いて理想的に平坦な半導体層／ゲート絶縁層界面を有するOFETを作製し、その電界効果移動度の温度依存性について独自に拡張した多結晶モデルに基づいて解析し、シリコン酸化膜基板上に作製された一般的なOFETとの比較を行った。その結果、マイカ上では、バンド端ゆらぎが増大するという性能向上を阻害する効果と、粒界などに起因する大きなキャリア輸送障壁を介さない電流経路の発生、および、エネルギー障壁がまったく無い場合の究極の移動度に相当するパラメータ（仮に「真の移動度」と呼ぶ）の増大という性能向上に貢献する効果が拮抗していることが判明した。真の移動度の増加は、理想的に平坦な界面の影響の他に、格子定数に現れている結晶内の分子パッキング変化が分子間トランスファー積分を増加させたことによる可能性も考えられる。
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