| 研究課題/領域番号 |
21K04834
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 香川大学 (2022)
兵庫県立大学 (2021) |
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研究代表者 |
田原 圭志朗 香川大学, 創造工学部, 准教授 (50622297)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 有機半導体 / ベンゾチエノベンゾチオフェン / ナノ薄膜 / 電気化学発光 / 有機トランジスタ / 金属錯体 / レドックス活性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、有機トランジスタを不揮発性メモリとして応用するため、情報を書込む電荷捕獲層の分子設計指針を確立することを目的とする。レドックス活性な錯体分子から構成される自己組織化単分子膜をプライマリー層として、多層化したホモ積層膜などを絶縁膜表面に作製する。ナノ薄膜のコンポネントとしては、フェロセンや小分子有機半導体で頻繁に用いられている骨格を用い、電荷蓄積に伴う薄膜の荷電状態とメモリ性能の相関を様々な測定法で明らかにする。ゲート電圧操作の履歴に高感度かつ迅速に応答できる高性能な有機メモリの実現に向けて、扱う電荷量やトラップ準位を制御できる本アプローチの有効性を検証する。
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| 研究実績の概要 |
絶縁膜表面での錯体薄膜の応用に向けて、令和4年度は、単結晶トランジスタおよび電気化学発光(ECL)を検討した。
前年度に、ベンゾチエノベンゾチオフェン(BTBT)のピリジル誘導体とかさ高いルイス酸であるトリスペンタフルオロフェニルボラン(TPFB)をルイス塩基／ルイス酸相互作用により結合した複合体を合成していた。この複合体の単結晶の作製に成功し、X線構造解析を行った。BTBT誘導体は、一般に、結晶状態でヘリンボーン構造を取る。本研究で用いたTPFBは、このBTBTの二次元配列を一次元πスタックカラム構造へと変換した。トランスファー積分を算出したところ、二量体～四量体のレベルで、電子的に相互作用することが明らかになった。この複合体の単結晶をシリコン基板表面に張り付け、トランジスタ動作を評価した。今後詳細を検討する必要があるが、複合体はn型有機半導体として機能することが確認できた。
複合体のECL特性をジクロロメタン溶液中で評価した。BTBTのピリジル誘導体と比較して、ECL強度が156倍に向上した。ルイスペア形成によるECL増強現象を見出した。電気化学挙動を詳細に評価し、TPFBが電気化学的な保護基として、生成するラジカルカチオンとラジカルアニオンを安定化する機構を明らかにした。さらに、結晶性の薄膜を得る手法として、複合体のアセトニトリル溶液を自然蒸発する方法を確立した。この方法を利用し、グラッシーカーボン電極を複合体で修飾した。この修飾電極をリン酸緩衝生理食塩水に接触させ、ペルオキソ二硫酸カリウムを共反応剤として、-2.4 V vs. Ag/AgClを印加すると、ECLが観測できた。この固体薄膜ECLは、超分子配列を活かしており、電気化学的なドーピングとエキシトンの非局在化の特長がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
単結晶トランジスタの評価が、当初の想定より時間がかかったため。電気化学発光の他にも、抵抗変化型メモリの検討にも時間を要したため。また、令和4年度に所属機関の異動があり、研究環境を整える必要があったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
TPFBとの複合化に拘らず、目的とする電荷捕獲層の合成化学的手法を幅広く検討する。BTBTに官能基を二つ導入した二置換体の合成法を検討し、新規ナノ薄膜の構築や膜厚の制御をスピーディに検討していく。
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