２次元Ｘ線回折法による有機半導体薄膜生成過程のIn-situ構造解析

• 研究課題/領域番号: 15K04647
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 吉本 則之 岩手大学, 理工学部, 教授 (80250637)
• 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: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 有機半導体 / 結晶成長 / X線回折 / 薄膜成長 / 構造解析 / 放射光 / 2D-GIXD / Ｘ線回折

研究成果の概要

異なるアルキル鎖長を持つα,ω-クオターチオフェンを合成し，アルキル鎖長が薄膜の結晶成長に及ぼす効果を明らかにすることを目的として、放射光を用いた２次元すれすれ入射Ｘ線回折(2D-GIXD)実験を行った。試料としてアルキル基をもつCn-4T (n=0, 4～12) を合成し,SPring-8，BL19B2 で薄膜形成過程のリアルタイム2D-GIXD 測定を行った。明瞭なX 線回折パターンが観測され、この回折パターンの解析によって，薄膜結晶の格子定数を決定した。その結果、Cn-4T は、結晶構造に関し、C4～C9までとC10以降の２つのグループに分類できることが判明した。

研究成果

• [国際共同研究] CINaM/CNRS UMR 7325(フランス)
• [国際共同研究] CNRS(France)
• [国際共同研究] CINaM CNRS UMR 7325(France)
• [雑誌論文] In situ characterization of the film coverage and the charge transport in the alkylated-organic thin film transistor (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Watanabe, Tomoyuki Koganezawa, Mamoru Kikuchi, Hiroki Muraoka, Satoshi Ogawa, Noriyuki Yoshimoto, and Ichiro Hirosawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 号: 3S2 ページ: 03EG14-03EG14
  • DOI: 10.7567/jjap.57.03eg14
  • NAID: 210000148768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface morphology of vacuum-evaporated pentacene film on Si substrate studied by in situ grazing-incidence small-angle X-ray scattering: I. The initial stage of formation of pentacene film (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Hirosawa, Takeshi Watanabe, Tomoyuki Koganezawa, Mamoru Kikuchi, and Noriyuki Yoshimoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 号: 3S2 ページ: 03EG12-03EG12
  • DOI: 10.7567/jjap.57.03eg12
  • NAID: 210000148766
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular alignments of σ phase in co-evaporated pentacene and perfluoropentacne film on SiO2 studied by grazing-incidence X-ray diffraction (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Hirosawa, Takeshi Watanabe, Tomoyuki Koganesawa, Keisuke Tada and Noriyuki Yoshimoto
  • 雑誌名: Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol. 巻: 654 号: 1 ページ: 47-52
  • DOI: 10.1080/15421406.2017.1355212
  • 査読あり
• [雑誌論文] The influence of branched alkyl side chains in oligothiophenes on the photovoltaic performance and morphology of solution-processed bulk-heterojunction solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: I. Ata, S. Ben Dkhil, M. Pfannmller, S. Bals, D. Duch, J.-J. Simon, T. Koganezawa, N. Yoshimoto, C. Videlot-Ackermann, O. Margeat, J. Ackermann and P. Buerle
  • 雑誌名: Org. Chem. Front. 巻: 4 号: 8 ページ: 1561-1573
  • DOI: 10.1039/c7qo00222j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Side-chain engineering in a thermal precursor approach for efficient photocurrent generation (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Kohtaro、Kumagai Daichi、Yamada Naoya、Kuzuhara Daiki、Yamaguchi Yuji、Aratani Naoki、Koganezawa Tomoyuki、Koshika Sota、Yoshimoto Noriyuki、Masuo Sadahiro、Suzuki Mitsuharu、Nakayama Ken-ichi、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 5 号: 27 ページ: 14003-14011
  • DOI: 10.1039/c7ta04162d
  • NAID: 120006369665
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved performance of organic photovoltaic cells with PTB7-Th:PC71 BM by optimized solvent evaporation time in electrospray deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Fukuda, A. Toda, K. Takahira, D. Kuzuhara, N. Yoshimoto
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 48 ページ: 96-105
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2017.05.049
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of air exposure on the crystal structure of oligo -thiophene thin films investigated using in situ X-ray diffraction (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, T. Koganezawa, M. Kikuchi, C. V. Ackermann, J. Ackermann, H. Brisset, N. Yoshimoto and I. Hirosawa
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 巻: 468 ページ: 816-820
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2017.01.051
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] P-type semiconductor surfactant modified zinc oxide nanorods for hybrid bulk heterojunction solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ben Dkhil, M. Gaceur, W. Dachraoui, D. Hannani, S. Fall, F. Brunel, M. Wang, G. Poize, J. Mawyin, I. Shupyk, C. Martini, E. Shilova, F. Fages, T. Ishwara, J. Nelson, T.Watanabe, N. Yoshimoto, O. Margeat, C. Videlot-Ackermann, and J. Ackermann
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: 159 ページ: 608-616
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2016.01.006
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new instrumentation for in situ characterization of the charge transport and crystallographic properties in co-evaporated organic thin film transistor (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Watanabe, Mamoru Kikuchi, Kousaku Nishida, Tomoyuki Koganezawa, Ichiro Hirosawa, Noriyuki Yoshimoto
  • 雑誌名: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 巻: 636 号: 1 ページ: 168-175
  • DOI: 10.1080/15421406.2016.1201411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Square-Centimeter-Sized High-Efficiency Polymer Solar Cells: How the Processing Atmosphere and Film Quality Influence Performance at Large Scale (2016)
  • 著者名/発表者名: Sadok Ben Dkhil, Martin Pfannm, Sara Bals, Tomoyuki Koganezawa, Noriyuki Yoshimoto, Driss Hannani, Meriem Gaceur, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Jorg Ackermann,
  • 雑誌名: Adovanced Energy Materials 巻: 6 号: 13 ページ: 1600290-1600290
  • DOI: 10.1002/aenm.201600290
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 放射光を用いた有機半導体薄膜形成素過程の解明 吉本則之、菊池護 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉本則之、菊池護
  • 雑誌名: 金属 巻: 86 ページ: 687-691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning the Work Function of Graphene with the Adsorbed Organic Molecules: First-Principles Calculations (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazume Nishidate, Noriyuki Yoshimoto, Peerasak Chantngarm, Hiroaki Saito, Masayuki Hasegawa
  • 雑誌名: Mol. Phys. 巻: 114 号: 20 ページ: 2993-2998
  • DOI: 10.1080/00268976.2016.1213437
  • 査読あり
• [雑誌論文] ontrolled donor-accepter ratio for application of organic photovoltaic cells by alternative intermitternt electrospray co-deposition (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Fukuda, Katsumi Suzuki, Noriyuki Yoshimoto, Yingjie Liao
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 33 ページ: 32-39
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2016.03.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of electric potential in organic thin-film transistor by bias applied hard X-ray photoemission spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Watanabe, Keisuke Tada, Satoshi Yasuno, Hiroshi Oji, Noriyuki Yoshimoto and Ichiro Hirosawa
  • 雑誌名: Jpn J. Appl. Phys. 巻: 55 号: 3S2 ページ: 03DD12-03DD12
  • DOI: 10.7567/jjap.55.03dd12
  • NAID: 210000146200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depth profile of electric potential of metal-coated pentacene films on SiO2 studied by Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy under applied bias voltage (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Hirosawa, Takeshi Watanabe, Hiroshi Oji, Satoshi Yasuno, Keisuke Tada, and Noriyuki Yoshimoto
  • 雑誌名: Jpn J. Appl. Phys. 巻: 55
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-type semiconductor surfactant modified zinc oxide nanorods for hybrid bulk heterojunction solar cells (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ben Dkhil, M. Gaceur, W. Dachraoui, D. Hannani, S. Fall, F. Brunel, M. Wang, G. Poize, J. Mawyin, I. Shupyk, C. Martini, E. Shilova, F. Fages, T. Ishwara, J. Nelson, T.Watanabe, N. Yoshimoto, O. Margeat, C. Videlot-Ackermann, and J. Ackermann
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: 印刷中
• [雑誌論文] ollapsed armchair single-walled carbon nanotubes as an analog of closed-edged bilayer graphene nanoribbons (2015)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Hasegawa, Kazume Nishidate, and Noriyuki Yoshimoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 号: 24 ページ: 245429-245429
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.245429
  • 査読あり
• [学会発表] 液晶性有機半導体薄膜の構造と温度依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三浦 慎平、大場 涼矢、山口 裕二、葛原 大軌、菊池 護、小金澤 智之、廣沢 一郎、吉本 則之
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] GISAXS によるペンタセン製膜中の表面形態評価 (II) (2018)
  • 著者名/発表者名: 広沢 一郎, 渡辺 剛, 小金澤 智之, 吉本 則之
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] アルキル鎖をもつ有機半導体の薄膜成長初期過程の温度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 葛原 大軌, 三浦 慎平, 菊池 護, 小金澤 智之, 廣沢 一郎, 吉本 則之,
  • 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）
  • 年月日: 2017-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] ２D-GIXDによる有機半導体薄膜のin situ 構造評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉本則之、葛原大軌、菊池 護
  • 学会等名: 第１4回SPring-8産業利用報告会
• [学会発表] 有機半導体薄膜の結晶成長に及ぼすアルキル鎖長の効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉本則之, 三浦慎平, 葛原大軌, 菊池 護, 小金澤智之, 廣沢一郎
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] Effects of alkyl-chain lengths of dialkiylated α,ω-quaterthiophenes on thin film growth, structure and transport properties (2017)
  • 著者名/発表者名: D. Kuzuhara, S. Koshika, T. Koganezawa, M. Suzuki, H. Yamada, I. Hirosawa and N. Yoshimoto,
  • 学会等名: 9th international conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] In situ characterization of the film coverage and charge transport in alkylated organic thin film transistor (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Watanabe, Tomoyuki Koganezawa, Mamoru Kikuchi, Kosaku Nishida, Noriyuki Yoshimoto , Ichiro Hirosawa
  • 学会等名: 9th international conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • 国際学会
• [学会発表] ２次元Ｘ線回折法による成膜中の有機半導体薄膜の構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉本則之，葛原大軌，菊池護，渡辺剛，小金澤智之，廣沢一郎
  • 学会等名: 日本結晶学会平成２８年度年会
  • 発表場所: 茨城県立県民文化センター（茨城県水戸市）
  • 年月日: 2016-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] In-situ ２次元Ｘ線回折による有機半導体薄膜成長過程の構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉本 則之
  • 学会等名: 2016年電子情報通信学会ソサエティ大会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] クォーターチオフェン誘導体薄膜の構造と輸送特性に及ぼすアルキル鎖長の偶奇効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣内 大地、葛原 大軌、小金澤 智之、廣沢 一郎、吉本 則之
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Effects of Alkyl-Chain Length of α,ω-Quaterthiophenes Derivatives on Thin-Film Structure and Transport Properties (2016)
  • 著者名/発表者名: Daichi Hironai, Daiki Kuzuhara, Tomoyuki Koganezawa, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada, Ichiro Hirosawa and Noriyuki Yoshimoto
  • 学会等名: KJF International Conference of Organic Materials for Electronics and Photonics 2016
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular Alignments of σ Phase in Co-evaporated Film of PEN and PFP on SiO2 Studied by Grazing-Incidence X-ray Diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Hirosawa, Takeshi Watanabe,Tomoyuki Koganesawa, Keisuke Tada, and Noriyuki Yoshimoto
  • 学会等名: KJF International Conference of Organic Materials for Electronics and Photonics 2016
  • 発表場所: Fukuoka (Japan)
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of alkyl-chain lengths on thin film growth of α,ω-quaterthiophene derivatives observed by in-situ two-dmensional X-ray diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Hironai, S. Koshika, D. Kuzuhara, T. Koganezawa , M. Suzuki, H. Yamada, I. Hirosawa, M. Hasegawawa and N. Yoshimoto
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Nagoya (Japan)
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] The effect of air exposure on the crystal structure of oligothiophene thin films investigated using in situ X-ray diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, T. Koganezawa, M. Kikuchi, N. Yoshimoto, I. Hirosawa
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Nagoya (Japan)
  • 年月日: 2016-08-07
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ Observation of Thin Film Growth of Organic Semiconductors by 2D-Xray Diffraction (2016)
  • 著者名/発表者名: N.Yoshimoto, T. Watanabe, T. Koganezwa, M. Kikuchi, D. Kuzuhara, M. Suzuki, H. Yamada, I. Hirosawa，
  • 学会等名: The 2ed International Symposium on Synthetic Two―Dimensional Polymers
  • 発表場所: Nara（Japan)
  • 年月日: 2016-06-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 奇数鎖アルキル基をもつクォーターチオフェン薄膜の構造評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 廣内 大地、小鹿 曹汰、小金澤 智之、廣沢 一郎、鈴木 充朗、山田 容子、吉本 則之
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Effects of alkyl-chain lengths on crystal structure and transport properties in thin films of α,ω-quaterthiophene derivatives, (2015)
  • 著者名/発表者名: (68)Noriyuki Yoshimoto, Sota Koshika, Takeshi Watanabe, Tomoyuki Koganezawa, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada, Ichiro Hirosawa, Masayuki Hasegawa
  • 学会等名: 15th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces
  • 発表場所: Hiroshima
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] Band Gap of Epitaxial Graphene on the Ru(0001) Surface (2015)
  • 著者名/発表者名: (69)K. Nishidate, N. Yoshimoto and Masayuki Hasegawa
  • 学会等名: 15th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces
  • 発表場所: Hiroshima
  • 年月日: 2015-11-15
  • 国際学会
• [学会発表] α,ω-クオターチオフェン誘導体薄膜の結晶成長に及ぼす末端アルキル基の効果Ⅱ (2015)
  • 著者名/発表者名: 小鹿 曹汰、小金澤 智之、鈴木 充朗、山田 容子、吉本 則之
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] バイアス印加HAXPES測定による有機トランジスタ動作中の有機半導体層内部の電位分布観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 剛、多田 圭佑、安野 聡、吉本 則之、広沢 一郎
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋期学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [産業財産権] 計測装置 (2017)
  • 発明者名: 吉本則之、菊池護、中村雅一
  • 権利者名: 岩手大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-004859
  • 出願年月日: 2017