2012 Fiscal Year Research-status Report
高速動作有機ＣＭＯＳ回路の実現に向けた有機トランジスタの基盤技術開発
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24550211
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
北村 雅季 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10345142)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 有機トランジスタ / 有機半導体 / 単分子膜 / 電極表面修飾 / 界面制御 |
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| Research Abstract |
有機薄膜トランジスタは低温プロセスで作製できフレキブルデバイスへの応用が可能である．さらに移動度 5 cm^2/Vsを超えるPMOS，NMOSが実現されておりフレキシブル基板上への有機CMOS回路の実現が期待できる．本研究では，MHzオーダで高速動作する有機CMOS集積回路の実現に向けた基盤技術開発，特に，有機・無機界面制御に取り組んでいる．
平成24年度は，高移動度材料として知られるアルキル鎖を側鎖にもつジナフトチエノチオフェン（Cn-DNTT）を中心に有機PMOSについて，低コンタクト抵抗を実現するための電極構造についての研究を進めた．トランジスタ構造は短チャネル化が容易なボトムコンタクト構造とした．電極材料としては仕事関数が比較的大きい金もしくはプラチナを用いた．これらの電極について，さらに仕事関数を大きくするため単分子膜で電極表面を修飾した．仕事関数を実測したところ表面修飾したプラチナ電極が最も大きな仕事関数を示した．これらの電極をCn-DNTTトランジスタに用いたところ，プラチナ電極ではなく，表面修飾した金電極でもっとも良い特性が得られた．この理由については現在検討中である．
結果として，表面修飾した金電極のCn-DNTTトランジスタで有機トランジスタとしては比較的小さい630 ohm cmのコンタクト抵抗が得られた．チャネル長 2 ミクロンまでのトランジスタを作製したところ，短チャネルのトランジスタではやや移動度が低下するものの，4 ミクロンのトランジスタで移動度 2.1 cm^2/Vs，2 ミクロンのトランジスタでは移動度 1.5 cm^2/Vsの値が得られた．この移動度は数ミクロンの有機トランジスタとしては非常に高い移動度であり，今後の展開により高速動作が期待できる．
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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
平成24年度の開始当時，次のように計画した．高移動度材料として知られるCn-DNTTを中心に有機PMOSについて，低コンタクト抵抗を実現するための電極構造についての研究を進める．低コンタクト抵抗を実現するためには，①電極材料の選定，②電極のプロセス工程，③電極表面処理が重要であり，これらを平行して進める．
当初は電極材料として仕事関数の大きい白金電極を用いる予定であったが，研究実績の概要で述べたように結果として金電極を有するトランジスタの方が，特性が良いことが分かった．当初予定と電極材料が異なるものの，短チャネル，高移動度のトランジスタが実現できておりおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度は，Cn-DNTTを中心に有機PMOSのさらなる短チャネル化と高移動度化を目指す．また，回路応用の際に重要となる閾値制御を試みる．短チャネル化についてはリソグラフィー技術を向上することにより2ミクロン未満のトランジスタの作製を試みる．高移動度化については，①絶縁膜表面もしくは絶縁膜材料の検討，②分子配向を制御するための製膜条件の最適化，③電極構造のさらなる改善により進める．閾値電圧制御については，①絶縁膜表面への分極をもつ分子のSAM膜，②絶縁膜へのプラズマ処理，③絶縁膜への分極分子のドーピング等により閾値電圧を制御することを試みる．また，実際に高速動作を実現するためのトランジスタを作製し高速動作を試みる．
平成26年度は，それぞれのプロセス技術を統合し，短チャネル・高移動度の有機NMOSと有機PMOSとを集積化しCMOS回路の高速動作に取り組む．有機PMOSにはCn-DNTT，有機NMOSにはC60を主に用いる．有機NMOSとPMOSを同一基板上に作製する場合，電極および絶縁膜に対する表面処理に用いる分子が異なるので，各領域で異なる表面処理を適応するプロセスが必要となる．一つの方法としてインクジェット装置を用い，パターニングされた表面処理を実現する．他の方法として，メタルマスクを使用した，UV/ozone処理による分子膜のパターニングも検討する．CMOS回路の動特性には，移動度だけでなく，閾値電圧にも大きく依存する．閾値電圧と動特性との関係を実測する．また，簡単なシミュレーションを行い，シミュレーション結果と実験結果との相違について評価する．さらにシミュレーション結果と実験結果との相違を考慮し，シミュレーションにより高速化のための閾値電圧の最適化を行う．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の予算は数10万円程度であり，実験を進めるために最低限必要となる消耗品（基板，材料）および研究発表のための旅費に充てる．
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Research Products
(7 results)
