高分子半導体におけるコヒーレント伝導発現要因の解明と伝導モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 15H05455
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 山形大学 (2016-2017); 東京大学 (2015)
• 研究代表者: 松井 弘之 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (80707357)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2017年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: 有機電界効果トランジスタ / ポリマー半導体 / バンド伝導 / OFETs / OTFTs / polymer semiconductors / band transport / 有機半導体 / 高分子半導体 / ホール効果 / バンド計算 / 有効質量 / 電子スピン共鳴 / 高配向性薄膜 / イオン液体 / 高移動度

研究成果の概要

高分子半導体は共役系有機分子が重合した系であり、溶解性、溶液塗布による均質成膜性、低温プロセス性、機械的柔軟性に優れた電子材料である。しかしながら、高分子半導体は構造の乱れや欠陥が多いため、伝導機構は専ら局在した電子によるホッピングであるとの考え方が根強く、移動度はせいぜい一桁cm2/Vs程度に留まると考えられてきた。本研究では、10 cm2/Vsを超える高い移動度やその温度依存性、ホール効果の測定に基づき、一部の高分子半導体においてはバンド伝導が実現可能であることを明らかにし、さらに高分子半導体における構造とバンド伝導発現の相関について詳細に解析した。

研究成果

• [雑誌論文] One step facile synthesis of a novel anthanthrone dye-based, dopant-free hole transporting material for efficient and stable perovskite solar cells (2018)
  • 著者名/発表者名: H. D. Pham, K. Hayasake, J. Kim, T. T. Do, H. Matsui, S. Manzhos, K. Feron, S. Tokito, T. Watson, W. C. Tsoi, N. Motta, J. R. Durrant, S. M. Jain, P. Sonar
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 6 号: 14 ページ: 3699-3708
  • DOI: 10.1039/c7tc05238c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Printed Organic Amplification System for Wearable Potentiometric Electrochemical Sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Shiwaku, H. Matsui, K. Nagamine, M. Uematsu, T. Mano, Y. Maruyama, A. Nomura, K. Tsuchiya, K. Hayasaka, Y. Takeda, T. Fukuda, D. Kumaki, S. Tokito
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 3822-3822
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22265-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Switching Time in Ferroelectric Organic Field-Effect Transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Sugano, T. Tashiro, T. Sekine, H. Matsui, D. Kumaki, F. D. D. Santos, A. Miyabo, S. Tokito
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 巻: 印刷中 号: 11
  • DOI: 10.1002/pssa.201701059
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fully Printed Wearable Vital Sensor for Human Pulse Rate Monitoring using Ferroelectric Polymer (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Sekine, R. Sugano, T. Tashiro, J. Sato, Y. Takeda, H. Matsui, D. Kumaki, F. D. D. Santos, A. Miyabo, S. Tokito
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 4442-4442
  • DOI: 10.1038/s41598-018-22746-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Printed Organic Circuit System for Wearable Amperometric Electrochemical Sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Shiwaku, H. Matsui, K. Nagamine, M. Uematsu, T. Mano, Y. Maruyama, A. Nomura, K. Tsuchiya, K. Hayasaka, Y. Takeda, T. Fukuda, D. Kumaki, S. Tokito
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 8 号: 1 ページ: 6368-6368
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24744-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Painting Integrated Complementary Logic Circuits for Single-Crystal Organic Transistors: A Demonstration of a Digital Wireless Communication Sensing Tag (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamura, H. Matsui, M. Uno, N. Isahaya, Y. Tanaka, M. Kudo, M. Ito, C. Mitsui, T. Okamoto, J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 3 号: 7 ページ: 1600456-1600456
  • DOI: 10.1002/aelm.201600456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of molecular doping in conjugated polymers by thermal annealing (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Fujimoto, S. Watanabe, Y. Yamashita, J. Tsurumi, H. Matsui, T. Kushida, C. Mitsui, H. T. Yi, V. Podzorov, J. Takeya
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 47 ページ: 139-146
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2017.05.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Coexistence of ultra-long spin relaxation time and coherent charge transport in organic single-crystal semiconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Junto Tsurumi, Hiroyuki Matsui, Takayoshi Kubo, Roger Hausermann, Chikahiko Mitsui, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe, and Jun Takeya,
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 13 号: 10 ページ: 994-998
  • DOI: 10.1038/nphys4217
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Boron-Stabilized Planar Neutral π-Radicals with Well-Balanced Ambipolar Charge-Transport Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Kushida Tomokatsu、Shirai Shusuke、Ando Naoki、Okamoto Toshihiro、Ishii Hiroyuki、Matsui Hiroyuki、Yamagishi Masakazu、Uemura Takafumi、Tsurumi Junto、Watanabe Shun、Takeya Jun、Yamaguchi Shigehiro
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 41 ページ: 14336-14339
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05471
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compactly Designed Organic Complementary D-Type Flip-Flop Circuits Fabricated with Inkjet Printing (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Hayasaka, H. Matsui, Y. Takeda, R. Shiwaku, Y. Tanaka, T. Shiba, D. Kumaki, S. Tokito
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 3 号: 9 ページ: 1700208-1700208
  • DOI: 10.1002/aelm.201700208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Complementary Inverter Circuits Fabricated with Reverse Offset Printing (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takeda, Y. Yoshimura, R. Shiwaku, K. Hayasaka, T. Sekine, T. Okamoto, H. Matsui, D. Kumaki, Y. Katayama, S. Tokito
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater. 巻: 4 号: 1 ページ: 1700313-1700313
  • DOI: 10.1002/aelm.201700313
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniform, high performance, solution processed organic thin-film transistors integrated in 1 MHz frequency ring oscillators (2017)
  • 著者名/発表者名: S. D. Ogier, H. Matsui, LinrunFengaMikeSimmsa, M. Mashayekhi, J. Carrabina, L. Teres, S. Tokito
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 54 ページ: 40-47
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2017.12.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Printed Organic Inverter Circuits with Ultralow Operating Voltages (2017)
  • 著者名/発表者名: Rei Shiwaku, Hiroyuki Matsui,* Kazuma Hayasaka, Yasunori Takeda, Takashi Fukuda, Daisuke Kumaki, and Shizuo Tokito*
  • 雑誌名: Advanced Electronic Materials 巻: - 号: 5
  • DOI: 10.1002/aelm.201600557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain-Modulated Charge Transport in Flexible PbS Nanocrystal Field-Effect Transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: M. I. Nugraha, H. Matsui, S. Watanabe, T. Kubo, R. Häusermann, S. Z. Bisri, M. Sytnyk, W. Heiss, M. A. Loi, and J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Electron. Mater 巻: 3 号: 1 ページ: 1600360-1600360
  • DOI: 10.1002/aelm.201600360
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tunable doping in PbS nanocrystal field-effect transistors using surface molecular dipoles (2016)
  • 著者名/発表者名: M. I. Nugraha, H. Matsui, S. Z. Bisri, M. Sytnyk, W. Heiss, M. A. Loi, J. Takeya
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 4 号: 11 ページ: 116105-116105
  • DOI: 10.1063/1.4966208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Printed 2 V-operating organic inverter arrays employing a small-molecule/polymer blend (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Shiwaku, Y. Takeda, T. Fukuda, K. Fukuda, H. Matsui, D. Kumaki, S. Tokito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 34723-34723
  • DOI: 10.1038/srep34723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppressing molecular vibrations in organic semiconductors by inducing strain (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kubo, R. Haeusermann, J. Tsurumi, J. Soeda, Y. Okada, Y. Yamashita, N. Akamatsu, A. Shishido, C. Mitsui, T. Okamoto, S. Yanagisawa, H. Matsui, and J. Takeya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 11156-11156
  • DOI: 10.1038/ncomms11156
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Emergence of charge coherence in soft molecular organic semiconductors by suppressing thermal fluctuations (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sakai, Y. Okada, T. Uemura, J. Tsurumi, R. Hausermann, H. Matsui, T. Fukami, H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose and J. Takeya
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 8 号: 3 ページ: 252-252
  • DOI: 10.1038/am.2016.30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mobility Exceeding 10 cm2/(Vs) in Donor–Acceptor Polymer Transistors with Band-like Charge Transport (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu Yamashita, Felix Hinkel, Tomasz Marszalek, Wojciech Zajaczkowski, Wojciech Pisula, Martin Baumgarten, Hiroyuki Matsui, Klaus Mullen, and Jun Takeya
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 28 号: 2 ページ: 420-424
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b04567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] ギャップ内準位による有機トランジスタのターンオン電圧制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之, 時任 静士
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Systematic Study ofBand Calculations and Experimentsfor High-MobilityOrganic Semiconductor Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsui
  • 学会等名: Bridging the Scales in Soft Matter Simulations
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 印刷法による有機トランジスタの集積回路応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之, 塩飽 黎, 時任 静士
  • 学会等名: 新化学技術推進協会電子情報技術部会・次世代エレクトロニクス分科会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] パルス幅変調を用いた有機非接触IC タグの設計と実現可能性の検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之, 竹田 泰典, 早坂 和将, 横澤 晃二, 田中 康裕, 芝 健夫, 熊木 大介, 時任 静士
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ウェアラブルデバイスに向けた省電力有機トランジスタ回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之
  • 学会等名: 2017有機エレクトロニクス講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 印刷型有機TFTと集積回路応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之
  • 学会等名: 第4回フレキシブル有機エレクトロニクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機エレクトロニクスの誕生から近年の応用事例まで (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井 弘之
  • 学会等名: アース研究会
  • 招待講演
• [学会発表] インクジェット印刷電極を用いた5 V駆動有機オペアンプの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井弘之, 早坂和将, 竹田泰典, 塩飽黎,Kwon Jimin, Jung Sungjune, 田中康裕, 時任静士
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
• [学会発表] 印刷技術で作製した超低電圧駆動有機インバータ回路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 塩飽黎, 松井弘之, 早坂和将, 竹田泰典, 福田貴, 熊木大介, 時任静士
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
• [学会発表] 凸版反転印刷電極による有機トランジスタの作製と相補型集積回路応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹田泰典, 早坂和将, 塩飽黎, 吉村悠大, 岡本朋子, 田中康裕, 松井弘之, 熊木大介, 片山嘉則, 時任静士
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
• [学会発表] 印刷型有機Dフリップフロップの動的特性解析とその回路応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 早坂和将, 松井弘之, 竹田泰典, 塩飽黎, 田中康裕, 芝健夫, 熊木大介, 時任静士
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
• [学会発表] 分子性ドーピングによる導電性ポリマーのバンド伝導性の評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤本亮
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Hall effect and band-like carrier transport in high mobility polymer transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: Yu Yamashita
  • 学会等名: APS March Meeting 2016
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2016-03-18
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Fully-printed Organic Thin-film Transistors using Donor/acceptor Type Polymer Semiconductor (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomohide Murase, Noriyuki Kida, Rei Shiwaku, Hiroyuki Matsui, Daisuke Kumaki, and Shizuo Tokito
  • 学会等名: ICFPE 2016
  • 発表場所: 山形大学（山形県、米沢市）
  • 国際学会
• [学会発表] Printed Organic D-Flipflops with Compact Design (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuma Hayasaka, Hiroyuki Matsui, Yasunori Takeda, Rei Shiwaku, Yasuhiro Tanaka, Takeo Shiba, Daisuke Kumaki, Shizuo Tokito
  • 学会等名: ICFPE 2016
  • 発表場所: 山形大学（山形県、米沢市）
  • 国際学会
• [学会発表] Hybrid Complementary D-Flipflops of Carbon Nanotubes and Organic Semiconductors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsui, Vladimir Derenskyi, Jorge Mario Salazar-Rios, Artem Shulga, Widianta Gomulya, Shinji Kishimura, Jun Takeya, Maria Antonietta Loi
  • 学会等名: ICFPE 2016
  • 発表場所: 山形大学（山形県、米沢市）
  • 国際学会
• [学会発表] Overview of Organic Transistors: From Device Physics to Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsui
  • 学会等名: IEEE/ACM Workshop on Variability Modeling and Characterization (VMC) 2015
  • 発表場所: Austin, USA
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 松井研究室
  • URL: http://matsui-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://matsui-lab.yz.yamagata-u.ac.jp/