2013 Fiscal Year Annual Research Report
ヘテロ元素インタープレイを活用する電子共役分子アレイの構築と革新的電子機能の創出
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25708032
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
安田 琢麿 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00401175)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ヘテロ元素 / 電子共役分子 / 自己組織化 / 電荷輸送 / 有機電子デバイス |
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| Research Abstract |
有機半導体は、無機半導体に比べて機械的強度や化学的安定性に劣るため、従来のトップダウン型の微細加工技術の適用には限界がある。これに対して、有機半導体分子の自己組織化を利用したボトムアップ型の構造形成を活用することにより、さらなる高性能・高機能な次世代エレクトロニクスへの展開が期待できる。本研究では、従来の有機半導体やアモルファスシリコンを凌駕する超高速電荷輸送の実現を目指し、高度な自己組織能を付与した電子共役系分子の創出と、これらを精緻に集積した分子アレイの本質的な電子物性の解明を目的としている。今年度は、ヘテロ元素を戦略的に分子骨格中に導入することで自己組織構造を予めプログラミングした新規電子共役分子の設計と合成について検討を進めた。そして、特異的な分子集積構造を形成することで高速電荷輸送特性を発現する新規π共役ジチエノチオフェン誘導体の開発に成功した。これらの化合物の溶液をシリコン基板上に散布し、自己組織化プロセスにより分子配向性を有するマイクロスケールの高品位な結晶性構造体の作製を試みた。分子間S－S相互作用を介して自己組織的に集積・配列することにより、結晶性のマイクロリボンおよびマイクロシート構造体が形成できることを見出した。このようにして得られた電子共役分子アレイのマクロな配向構造と分子パッキング構造をX線構造解析、プローブ顕微鏡観察、偏光顕微鏡観察により明らかにした。さらに、この巨視的スケールにおいて異方的形態を有するマイクロリボンおよびマイクロシート構造体が効率的な電荷輸送チャンネルとして機能することを実証した。マイクロリボンを用いた有機電界効果トランジスタを構築することにより、従来の有機半導体材料を凌ぐ10 cm2/V sを超える高速電荷移動度を達成した。有機半導体において定説的な分子間π－π相互作用を用いない新しい電荷輸送材料の設計指針を開拓した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ヘテロ元素間に働く特異的な分子間相互作用を材料設計に組込むアプローチにより、精緻な電子共役分子アレイの構築に成功し、極めて高い電荷輸送特性を実証することができている。さらに、従来のホッピング伝導機構とは異なるバンド伝導機構に基づいた高速電荷輸送特性の発現の端緒を見出しており、当該研究は計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
高性能新規有機半導体の探索と合成は順調に進展している。今後は、バンド伝導機構に基づく高速電荷輸送の発現に関して、低温電気物性測定とバンド計算の両面からの検討を進めていく予定である。
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