2013 Fiscal Year Annual Research Report

液晶性を活用した薄膜作製技術による高分子有機トランジスタの高性能化

Research Project

Project/Area Number	25286045
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	坂本謙二独立行政法人物質・材料研究機構, 高分子材料ユニット, 主幹研究員 (00222000)
Project Period (FY)	2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords	有機トランジスタ / 有機半導体 / 液晶性 / 光配向膜 / フローコーティング / 配向制御
Research Abstract	まずフロー・コーティング装置の基板ステージ部を改良し、pBTTT-C16の昇温及び降温過程における結晶-液晶相転移温度（140℃、100℃）以上での塗布を可能にした。次に、Azo-PI光配向膜を挿入したFETの構造について検討した。Azo-PI光配向膜によってpBTTT分子を配向させるためには、Azo-PI光配向膜とpBTTT層が接していなければならない。そこで、Azo-PI光配向膜/pBTTT活性層界面をチャネルとして用いることができるかどうかをはじめに検討した。熱酸化膜（ゲート絶縁膜）を形成した高ドープn型シリコン基板（ゲート電極）上に極薄Azo-PI光配向膜を形成したのち、その膜上にソース・ドレイン金電極、pBTTT活性層を形成して作製したボトムゲート/ボトムコンタクト（BG/BC）型FETと、ソース・ドレイン金電極を形成した熱酸化膜付高ドープn型シリコン基板をオクタデシルトリクロロシラン（ODTS）処理した後にpBTTT活性層を製膜したBG/BC型FETを作製した。この実験では、比較を容易にするためにpBTTT活性層をスピンコート法により形成した。Azo-PI光配向膜を挿入したFETのホール電界効果移動度は10-4 cm2V-1s-1オーダー、ODTS処理したFETの移動度は10-1 cm2V-1s-1オーダーであった。この結果は、BG/BC型FETにAzo-PI光配向膜を組み込む素子構造では特性の向上が望めないことを示唆している。そこで、今後はトップゲート(TG)/BC型素子構造（石英基板/Azo-PI光配向膜/ソース・ドレイン電極/pBTTT活性層/ゲート絶縁膜/ゲート電極）に注目して研究を進めることにした。現在まで、TG/BC型FET素子構造において、Azo-PI光配向膜とフロー・コーティング法を併用することにより、最大で4.6の吸収の二色比を達成している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 極薄ポリイミド光配向膜とフローコーティング法を組み合わせることにより、高移動度高分子有機半導体pBTTT-C16層の高配向膜（吸収の二色比4.6)を達成している。更なる塗布条件の最適化により、目標値（5以上）は達成可能であると考えている。また、ボトムゲート/ボトムコンタクト（BG/BC）型FETの作製を行い、BG/BC型FETにAzo-PI光配向膜を組み込む素子構造では特性の向上が望めないことがあきらかとなった。その結果を踏まえて、今後の明確な研究方針を決定した。以上より、研究が停滞することなく、おおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	今後はトップゲート（TG）型の素子構造に注目して研究を進める。TG型にはボトムコンタクト（BC）型とトップコンタクト（TC）型があるが、次年度は比較的素子作製が容易なTG/BC型にターゲットを絞り、その作製プロセスの最適化、FET構成層の膜厚の最適化を行う。また、継続してpBTTT-C16層の高配向化の製膜条件の検討を行う。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	有機トランジスタの素子構造の検討を行った結果、ボトムゲート/ボトムコンタクト（BG/BC）型FETにAzo-PI光配向膜を組み込む素子構造では特性の向上が望めないことがあきらかとなった。そこで、今後はトップゲート/ボトムコンタクト（TG/BC型）FETの素子構造を中心に研究を進めることにした。予算を有効に使用するため、H25年度の後半はTG/BC型FET構造における解決すべき問題点を明らかにすることに専念し、明らかとなった問題点を解決するために最も有効な測定装置を次年度購入するために、次年度使用額が発生した。 pBTTT活性層やゲート絶縁膜の厚さが、TG/BC型pBTTT-FETの特性に大きな影響を与えることがH25年度の予備実験から明らかとなっている。そこで、次年度使用額は、数十ナノメートルから数百ナノメートルの有機薄膜の膜厚を短時間で精度よく測定できる微細形状測定機を購入する予算の一部分として使用する。