2014 Fiscal Year Annual Research Report
有機トランジスタにおける低接触抵抗の発現メカニズム解明と高速デバイス開発
| Project/Area Number |
26286037
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
植村 隆文 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (30448097)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 敏宏 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
竹谷 純一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (20371289)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 有機トランジスタ / 接触抵抗 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、次世代のエレクトロニクス技術として期待される有機エレクトロニクスにおいて、高速な回路演算を可能とする短チャネル・高移動度有機トランジスタを実現することを目標としている。目標達成のための研究課題として、有機トランジスタにおける接触抵抗の低減が重要な課題であり、実デバイスにおける金属・有機半導体界面の物理に関する理解を深め、その理解に基づいて素子の作製プロセスを最適化することにより革新的性能を有するフレキシブル論理回路を実現することが最終目標となる。本年度は、研究計画書に記載した通り、有機薄膜上へのAu電極蒸着時の影響を透過型電子顕微鏡によって詳細に観察し、実デバイスにおける金属・有機界面の状態を観察した。その結果、Au電極を蒸着していない有機トランジスタのチャネル領域では、明瞭な分子膜の積層構造が観測されるのに対して、Au蒸着領域では、Au微粒子が有機薄膜中に侵入し、分子結晶構造を乱していることが明らかとなった。非常に低い接触抵抗を実現するデバイスにおいてもAu微粒子の侵入が確認されており、チャネル領域に近い、ゲート絶縁膜近傍までAu電極が繋がっていることが有機薄膜のバルク抵抗を下げ、結果として接触抵抗を低くしていると推測される。
また、今年度は、接触抵抗評価手法として、Transmission Line Methodに加えて、四端子測定デバイスの作製を行い、接触抵抗の経時変化についてより詳細な検討を行った。この実験により、不活性ガス中でのアニール処理の効果をより詳細に理解することが可能となった。具体的には、アニール処理では、トランジスタのチャネル領域の伝導性には全く変化を与えず、接触抵抗のみを低減させていることが明らかとなった。Au電極直下の分子結晶の乱れが、アニール処理によって修復される、有機分子の自己修復機能が働いていると考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成26年度の研究計画に挙げたプロセス原理解明と最適化を行い、特に電極蒸着時の基板温度の最適化、不活性ガス中のアニール処理の最適化によって、最小の接触抵抗としてRc･W=50 Ω･cm以下の世界最小の接触抵抗を実現することに成功した。通常、これ程までに小さい接触抵抗値の算出は、非常に大きな誤差を含むものであり、信頼性の低い報告等が多く見受けられる。しかし、本研究では独自のAuトップコンタクト電極のフォトリソグラフィー技術を用いて、非常に短いチャネル長デバイス群を作製し、非常に精度の高いTransmission Line Methodによって接触抵抗を算出することに成功しており、非常に信頼性の高い値を得る事に成功している。この接触抵抗値は、実際にチャネル長2ミクロンのデバイスを含むデバイス群で得られた値である。また、Atomic Layer Deposition法を用いて作製した厚さ100 nmのアルミナ絶縁膜上にて、この世界最小の接触抵抗を実現しており、本研究の目標である短チャネル・高移動度有機トランジスタを実デバイス構造において実現することに成功している。また、本研究の最終目標となる、フレキシブル論理回路の実現に向け、厚み1.2ミクロン厚のPENフィルム基板上に有機トランジスタデバイスを作製する技術を既に確立しており、フレキシブルデバイスを作製する準備が整ってきている。このように、実デバイスの作製などは当初の計画以上の速度で進捗しており、今後、更なるデバイスの高性能化と、基板のフレキシブル化など、最終目標となるフレキシブル論理回路の実現に向けて計画を前倒しして進めていく予定である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、実デバイスにおける金属・有機半導体界面に関する理解を深めると共に、実用面では、高速駆動有機トランジスタ、フレキシブル高速CMOS論理回路の実現を目標としている。平成27年度以降の研究では、金属・有機半導体界面に存在する接触抵抗の物理的理解を深めるため、接触抵抗の温度依存性を詳細に評価する予定である。従来、接触抵抗の温度依存性評価については、四端子測定法を用いた評価が一般的である。しかし、平成26年度の実験において、Transmission Line Methodと、四端子測定法の比較実験を行った結果、本研究で実現している非常に小さい接触抵抗を精度良く測定するには、現状の四端子測定法では精度が足りず、Transmission Line Methodを精度良く行う必要があることが分かっている。そのため、平成27年度には多端子測定が可能な低温クライオスタットを導入し、実験を行う予定である。また、接触抵抗発現の理論的理解のため、imecの共同研究者らと金属・有機半導体界面でのキャリア注入モデルの検討と、実デバイスの電流電圧特性のモデリング技術についての検討を進めている。
また、実用デバイスの作製に向け、フレキシブル基板上でのデバイス作製や、大面積センサデバイス、アンプ回路などの作製については既に着手しており、今後、p型の高速駆動有機トランジスタとの組み合わせとして、n型の高移動度酸化物半導体の作製についても、共同研究者らと共に着手する予定である。
|
| Causes of Carryover |
平成27年度に、新たに多端子測定用プローバーと、低温クライオスタットを導入する計画をしている。そのため、平成26年度の基金の一部を翌年度に繰り越し、これらの装置の導入費用として使用することとした。また、研究代表者が平成26年度に東京大学から大阪大学への異動が決定したため、装置類の導入予定、時期として、平成27年度に大阪大学に上記装置の導入を行った方が設置・調整のための時間、経費などの面で得策であると判断した。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度に、新たに多端子測定用プローバー（アポロウェーブ・α100）と、低温クライオスタット（株式会社パスカル・電気測定用極低温冷凍機システム・Pascal-EW-101）を大阪大学に導入する計画をしており、平成26年度の繰越予算と合算にて執行予定である。
|
-
-
-
[Journal Article] High-performance solution-processable N-shaped organic semiconducting materials with stabilized crystal phase.2014
Author(s)
C. Mitsui, T. Okamoto, M. Yamagishi, J. Tsurumi, K. Yoshimoto, K. Nakahara, J. Soeda, Y. Hirose, H. Sato, A. Yamano, T. Uemura, J. Takeya
-
Journal Title
Advanced Materials
Volume: 26
Pages: 4546-4551
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
