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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of light-emitting metal-base organic transistors and elucidation of the operating mechanism

Research Project

Project/Area Number 25288113
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中山 健一  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20324808)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywords有機エレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements

これまでの検討から、縦型トランジスタの抜本的な性能向上のためには、有機半導体薄膜の縦方向の移動度、すなわち膜厚方向移動度を向上させることが最も有効であるという結論に至った。一般的に有機半導体薄膜では、横方向デバイス(FETなど)において高い移動度が報告されているが、縦方向の移動度は遙かに低い。。そこで今年度は基礎的視点に立ち戻って、縦方向移動度を向上させるための分子配向制御と、縦方向移動度の評価方法の検討を行った。
基板に対してface-on配向することが知られているPTCDAをtemplate layerとして用いて、MePTC分子の配向制御を行った。わずか2nmのPTCDA膜の上に蒸着したMePTCは下地の影響受けてface-on配向を示し、実際に空間電荷制限電流法(SCLC法)により測定した縦方向移動度が4倍程度向上した。さらにこの薄膜を用いて、縦型メタルベース有機トランジスタ(MBOT)を作製したところ、その出力電流および電流増幅率が改善され、移動度の向上が縦型トランジスタの性能向上に資することを実証した。
また、縦方向移動度を評価するための手法として、注入の影響を強く受けるSCLC法の問題点を解決するために、CELIV法(Charge Extraction by Linearly Increasing Voltage)に着目し、特に絶縁膜にキャリアを蓄積して取り出すMIS-CELIV法を新たに立ち上げ測定手法の開発を行った。その結果、P3HT、NPDなどのいくつかの典型的な有機半導体材料において、妥当な移動度が得られることを実証した。
縦方向移動度の向上は、縦型発光トランジスタのみならず、有機ELや太陽電池など多くのサンドイッチデバイスにインパクトを与える重要なテーマであり、分子配向と移動度の系統的な関係性調査、そして縦方向移動度向上のための材料設計指針の確立が重要であるという結論に至った。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (29 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Naples(Italy)

    • Country Name
      Italy
    • Counterpart Institution
      University of Naples
  • [Int'l Joint Research] Johannes Kepler University Linz(Austria)

    • Country Name
      Austria
    • Counterpart Institution
      Johannes Kepler University Linz
  • [Int'l Joint Research] The University of Vermont(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      The University of Vermont
  • [Journal Article] High-fidelity self-assembly pathways for hydrogen-bonding molecular semiconductors2017

    • Author(s)
      X. Lin, M. Suzuki, M. Gushiken, M. Yamauchi, T. Kaartsu, T. Kizaki, Y. Tani, K. Nakayama, M.
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 7 Pages: 43098

    • DOI

      10.1038/srep43098

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fullerene-Based n-type Materials That Can Be Processed by a Photoprecursor Approach for Photovoltaic Applications2017

    • Author(s)
      K. Kawajiri, T. Kawanoue, M. Yamato, K. Terai, M. Yamashita, M. Furukawa, N. Aratani, M. Suzuki, K. Nakayama, and H. Yamada
    • Journal Title

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      Volume: 6-6 Pages: M3068-M3074

    • DOI

      10.1149/2.0141706jss

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydrogen-bonded oligothiophene rosettes with a benzodithiophene terminal unit: self-assembly and application to bulk heterojunction solar cells2016

    • Author(s)
      H. Ouchi, X. Lin, T. Kizaki, D. D. Prabhu, F. Silly, T. Kajitani, T. Fukushima, K. Nakayama and S. Yagai
    • Journal Title

      Chem. Comm.

      Volume: 52 Pages: 7874-7877

    • DOI

      10.1039/c6cc03430f

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Resistor-transistor logic circuits using vertical-type organic transistors2016

    • Author(s)
      T. Agatsuma, H. Muto, and K. Nakayama
    • Journal Title

      Mol. Cryst. Liq. Cryst.

      Volume: 629 Pages: 187-192

    • DOI

      10.1080/15421406.2015.1094851

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Comparison of the carrier mobilities of annealed P3HT films using CELIV and SCLC measurements2016

    • Author(s)
      C. Katagiri and K. Nakayama
    • Journal Title

      Mol. Cryst. Liq. Cryst.

      Volume: 629 Pages: 193-199

    • DOI

      10.1080/15421406.2015.1094865

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Novel Design of Carbazole-Based Donor-Acceptor Molecules for Fullerene-Free Organic Photovoltaic Devices2016

    • Author(s)
      T. Michinobu, N. Yamada, Y. Washino, and K. Nakayama
    • Journal Title

      J. Nanosci. Nanotechnol.

      Volume: 16-8 Pages: 8662-8669

    • DOI

      10.1166/jnn.2016.11905

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terazulene Isomers: Polarity Change of OFETs through Molecular Orbital Distribution Contrast2016

    • Author(s)
      Y. Yamagauchi, M. Takubo, K. Ogawa, K. Nakayama, T. Koganezawa, and H. Katagiri
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 138 Pages: 11335-11343

    • DOI

      10.1021/jacs.6b06877

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 分子配向制御による有機半導体膜 の縦方向移動度の向上2017

    • Author(s)
      山田啓太郎、中山健一
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県、横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-16 – 2017-03-16
  • [Presentation] Analyses of carrier dynamics for single-absorber organic solar cells2017

    • Author(s)
      K. Tanaka1, T. Okura, C. Katagiri, T. Yoshida, K. Nakayama
    • Organizer
      3rd ANGEL symposium
    • Place of Presentation
      The 100th Anniversary Hall, Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2017-03-04 – 2017-03-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hole mobility measurement of p-type organic semiconductors using MIS-CELIV2017

    • Author(s)
      C. Katagiri, K. Nakayama
    • Organizer
      3rd ANGEL symposium
    • Place of Presentation
      The 100th Anniversary Hall, Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2017-03-04 – 2017-03-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MIS-CELIV measurement for Evaluating Hole Mobility in Organic Semiconductors2016

    • Author(s)
      C. Katagiri and K. Nakayama
    • Organizer
      12th ICNME 2016
    • Place of Presentation
      Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
    • Year and Date
      2016-12-14 – 2016-12-16
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機にしかできない新しい構造のトランジスタ2016

    • Author(s)
      中山健一
    • Organizer
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-14
    • Invited
  • [Presentation] 縦型有機トランジスタを用いたエミッタフォロワ回路の開発2016

    • Author(s)
      早川智彬、 上妻嵩季、中山健一
    • Organizer
      第13回薄膜材料デバイス研究会
    • Place of Presentation
      龍谷大学 響都ホール校友会館(京都府、京都市)
    • Year and Date
      2016-10-21 – 2016-10-21
  • [Presentation] Single absorber organic solar cells based on intramolecular2016

    • Author(s)
      K. Nakayama, T. Okura, C. Katagiri, M. Mamada, J. Matsui, A. Masuhara, M. C. Scharber, M. S. White, C. Yumusak, P. Stadler, N. S. Sariciftci, T. Yoshida
    • Organizer
      2016 European Material Research Society Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland
    • Year and Date
      2016-09-19 – 2016-09-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] p/n積層構造を持つ縦型有機トランジスタの特性2016

    • Author(s)
      諏訪 吉実、上妻 嵩季、小賀坂直樹、中山 健一
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県、新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-13
  • [Presentation] 光強度変調光電流/光電圧分光法を 用いた有機薄膜太陽電池の解析2016

    • Author(s)
      田中和博、大倉達也、片桐千帆、吉田司、中山健一
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県、新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-13
  • [Presentation] Solution-processed p-i-n organic solar cells via the photoprecursor approach2016

    • Author(s)
      K. Nakayama, Y. Yamaguchi, K. Takahira, N. Nagami, M. Suzuki, and H. Yamada
    • Organizer
      2016 ICFPE
    • Place of Presentation
      Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Organic solar cells using fullerene derivatives with photoconvertible unit2016

    • Author(s)
      M. Yamato, K. Kawajiri, T. Kawanoue, Y. Yamaguchi, M. Suzuki, H. Yamada, and K. Nakayama
    • Organizer
      2016 ICFPE
    • Place of Presentation
      Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Intensity-modulated photoresponse measurements in thin-film organic solar cells2016

    • Author(s)
      K. Tanaka, T. Okura, C. Katagiri, T. Yoshida, and K. Nakayama
    • Organizer
      2016 ICFPE
    • Place of Presentation
      Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carrier mobility measurement of organic semiconductors using MIS-CELIV technique2016

    • Author(s)
      C. Katagiri and K. Nakayama
    • Organizer
      2016 ICFPE
    • Place of Presentation
      Yamagata University, Yonezawa, Japan
    • Year and Date
      2016-09-06 – 2016-09-08
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improvement of vertical carrier mobility by controlling film structure of a phthalocyanine derivative and its application to vertical-type transistors2016

    • Author(s)
      K. Yamada, C. Katagiri, and K. Nakayama
    • Organizer
      KJF-ICOMEP 2016
    • Place of Presentation
      ACROS Fukuoka, Japan
    • Year and Date
      2016-09-04 – 2016-09-07
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機エレクトロニクスデバイスにおける電気特性と分子構造の関係性2016

    • Author(s)
      中山健一
    • Organizer
      奈良先端科学技術大学院大学 山田研究室セミナー
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県、生駒市)
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • Invited
  • [Presentation] High frequency operation of vertical-type metal-base organic transistors and its application for analogue circuit2016

    • Author(s)
      K. Nakayama
    • Organizer
      International Conference on Synthetic Metals 2016
    • Place of Presentation
      Baiyun International Convention Center, Guanzhou, China
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-07-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光変換型有機半導体を用いた塗布型太陽電池の開発2016

    • Author(s)
      中山健一
    • Organizer
      ナノテクプラットフォーム平成28年度シンポジウム
    • Place of Presentation
      大阪大学吹田キャンパス(銀杏会館、大阪府、吹田市)
    • Year and Date
      2016-06-17 – 2016-06-17
    • Invited
  • [Presentation] p/n積層構造を持つ縦型有機トランジスタの特性2016

    • Author(s)
      諏訪 吉実、上妻 嵩季、小賀坂直樹、中山 健一
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      山形大学工学部(有機エレクトロニクス研究センター、山形県、米沢市)
    • Year and Date
      2016-04-21 – 2016-04-22
  • [Presentation] 水素結合に基づく超分子ナノロッドを用いた有機薄膜太陽電池2016

    • Author(s)
      木崎陽弘、大内隼人、林旭、矢貝史樹、中山健一
    • Organizer
      電子情報通信学会 電子デバイス研究会
    • Place of Presentation
      山形大学工学部(有機エレクトロニクス研究センター、山形県、米沢市)
    • Year and Date
      2016-04-21 – 2016-04-22

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-02-16  

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