分子揺らぎの寄与する有機半導体キャリア伝導機構解明と高移動度トランジスタの開発

• 研究課題/領域番号: 23686005
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東京大学 (2013); 大阪大学 (2011-2012)
• 研究代表者: 植村 隆文 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任講師 (30448097)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 28,080千円 (直接経費: 21,600千円、間接経費: 6,480千円); 2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2012年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2011年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: 有機・分子エレクトロニクス / 有機半導体 / 有機トランジスタ / Hall効果 / 熱揺らぎ

研究概要

本研究では、有機トランジスタにおける電荷輸送機構における分子揺らぎの影響を調べるため、種々の材料、圧力印加下のHall効果測定を実施した。結果、n型材料を含む種々の材料においてHall効果測定に基づく伝導機構の議論が可能となった。圧力印可の実験では、分子間の重なり積分値を増大と、分子揺らぎの抑制によって、電荷伝導機構がバンド伝導に近づくという結果も得られた。
更に、本研究で得られた結晶中での分子揺らぎが小さい分子骨格を選択するという設計指針の元、新しい材料が合成され、実際に16cm2/Vsもの高移動度を示す材料が得られ、本研究によって得られた知見が非常に有用である事が実際に証明された。

研究成果

• [雑誌論文] High-Performance Solution-Processabl e N-Shaped Organic Semiconducting Materials with Stabilized Crystal Phase (2014)
  • 著者名/発表者名: C. Mitsui, T. Okamoto, M. Yamagishi, J. Tsurumi, K. Yoshimoto, K. Nakahara, J. Soeda, Y. Hirose, H. Sato, A. Yamano, T. Uemura, and J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Mobility Organic Transistors with Wet-Etch-Patterned Top Electrodes : A Novel Patterning Method for Fine-Pitch Integration of Organic Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nakayama, M. Uno, T. Uemura, N. Namba, Y. Kanaoka, T. Kato, M. Katayama, C. Mitsui, T. Okamoto, and J. Takeya
  • 雑誌名: Advanced Material Interfaces 巻: (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Exciton Dynamics in Dinaphtho[2,3-b :2'3'-f]thieno[3,2-b]-thiophene Thin Films (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishino, K. Miyata, T. Sugimoto, K. Watanabe, Y. Matsumoto, T. Uemura, and J. Takeya
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 16 ページ: 7501-7512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Split-Gate Organic Field-Effect Transistors for High-Speed Operation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura, T. Matsumoto, K. Miyake, M. Uno, S. Ohnishi, T. Kato, M. Katayama, S. Shinamura, M. Hamada, M.-J. Kang, K. Takimiya, C. Mitsui, T. Okamoto, and J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 26 ページ: 2983-2988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Split-Gate Organic Field-Effect Transistors for High-Speed Operation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura, T. Matsumoto, K. Miyake, M. Uno, S. Ohnishi, T. Kato, M. Katayama, S. Shinamura, M. Hamada, M.-J. Kang, K. Takimiya, C. Mitsui, T. Okamoto, and J. Takeya
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: in press 号: 19 ページ: 2983-2988
  • DOI: 10.1002/adma.201304976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Materials and devices with applications in high-end organic transistor (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Takeya, T. Uemura, K. Sakai, and Y. Okada
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 554 ページ: 19-26
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.10.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] V-Shaped Organic Semiconductors Having Solution-Processability, High-Mobility, and High Thermal Durability (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Okamoto, C. Mitsui, M. Yamagishi, K. Nakahara, J. Soeda, Y. Hirose, K. Miwa, H. Sato, A. Yamano, T. Matsushita, T. Uemura, and . Takeya
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 25 ページ: 6392-6397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dinaphtho[1,2-b :2',1'-d ]chalcogenoph enes : Comprehensive Investigation of the Effect of the Chalcogen Atoms in the Phenacene-Typeπ-Electronic Cores (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Mitsui, T. Okamoto, H. Matsui, M. Yamagishi, T. Matsushita, J. Soeda, K. Miwa, H. Sato, A. Yamano, T. Uemura, and J. Takeya
  • 雑誌名: Chem. Mater 巻: 25 ページ: 3952-3956
  • 査読あり
• [雑誌論文] V-Shaped Organic Semiconductors with Solution Processability, High Mobility, and High Thermal Durability (2013)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, T. ; Mitsui C. ; Yamagishi, M. ; Nakahara. K. ; Soeda, J. ; Hirose, Y. ; Miwa, K. ; Sato, H. ; Yamano, A. ; Matsushita, T. ; Uemura, T. ; Takeya, J
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 25 号: 44 ページ: 6392-6397
  • DOI: 10.1002/adma.201302086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of contact resistance of high-mobility organic transistors through comparisons (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsumoto, W. Ou-Yang, K. Miyake, T. Uemura, and J. Takeya
  • 雑誌名: Organic Electron. 巻: 14 号: 10 ページ: 2590-2595
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2013.06.032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inch-Size Solution-Processed Single-Crystalline Films of High-Mobility Organic Semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: Junshi Soeda, Takafumi Uemura, Toshihiro Okamoto, Chikahiko Mitsui, Masakazu Yamagishi, and Jun Takeya
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 7 ページ: 76503-76503
  • DOI: 10.7567/apex.6.076503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge modulation infrared spectroscopy of rubrene single-crystal field-effect transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Uchida
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4794055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relaxation Dynamics of Photoexcited Excitons in Rubrene Single Crystals Using Femtosecond Absorption Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tao, N. Ohtani, R. Uchida, T. Miyamoto, Y. Matsui, H. Yada, H. Uemura, H. Matsuzaki, T. Uemura, J. Takeya, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence of the Hall Effect in Pentacene Field-Effect Transistors : Possibility of Charge Decoherence Induced by Molecular Fluctuations (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura, M. Yamagishi, J. Soeda, Y. Takatsuki, Y. Okada, Y. Nakazawa, and J. Takeya
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-power three-dimensional polymer FETs (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Takimiya
  • 雑誌名: CURRENT APPLIED PHYSICS 巻: Vol.12 ページ: S92-S95
  • DOI: 10.1016/j.cap.2012.04.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band-Like Transport in Solution-Crystallized Organic Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura, J. Takeya et al.
  • 雑誌名: Curr Appl Phys. 巻: 12 ページ: S87-S91
  • DOI: 10.1016/j.cap.2012.05.046
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-performance organic transistors with high-k dielectrics: A comparative study on solution processedsingle crystals and vacuum-deposited polycrystalline films of 2,9-didecyldinaphtho[2,3- b:2' ,3'-f]thieno[3,2-b]thiophene (2012)
  • 著者名/発表者名: W. Ou-Yang, T. Uemura, K. Miyake, S. Onish, T. Kato, M. Katayama, M. Kang, K.Takimiya, M. Ikeda, H. Kuwabara, M. Hamada, and J. Takeya
  • 雑誌名: Appl.Phys. Lett 巻: 101 号: 22 ページ: 223304-5
  • DOI: 10.1063/1.4769436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexible Three-Dimensional Organic Field-Effect Transistors Fabricated by an ImprintingTechnique (2012)
  • 著者名/発表者名: T R. Nakahara, M. Uno, T. Uemura, K. Takimiya, and J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 24 号: 38 ページ: 5212-5216
  • DOI: 10.1002/adma.201201234
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relaxation dynamics of photoexcited excitons in rubrene single crystals using femtosecond absorption spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Tao, H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 109 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.097403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature Dependence of the Hall Effect in Pentacene Field-Effect Transistors : Possibility of Charge Decoherence Induced by Molecular Fluctuations (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Uemura, M.Yamagishi, J.Soeda, Y.Takatsuki, Y.Okada, Y.Nakazawa, J.Takeya
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 85 号: 3 ページ: 35313-35313
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.035313
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge transport and Hall effect in rubrene single-crystal transistors under high pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡田悠悟
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: VOL,84 号: 24 ページ: 245308-245308
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.245308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Transport and Hall Effect in Rubrene Single-Crystal Transistors under High Pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Okada, K. Sakai, T. Uemura, Y. Nakazawa, and J. Takeya
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 84 (PRB Editor's Suggestion)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hall-Effect Measurements Probing the Degree of Charge-Carrier Delocalization in Solution-Processed Crystalline Molecular Semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: J-F. Chang, T. Sakanoue, Y. Olivier, T. Uemura, M-B. Dufourg-Madec, S. G. Yeates, J. Cornil, J. Takeya, A. Troisi, and H. Sirringhaus
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hall effect measurements probing the degree of charge carrier delocalization in solution-processed, crystalline molecular semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: J.-F, Chang, T.Sakanoue, Y.Oliviera, T.Uemura,M.-B.D.-Madec, S.G.Yeates, J.Cornila, J.Takeya, A.Troisi, H.Sirringhaus
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 107 号: 6 ページ: 66601-66601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.066601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution-crystallized organic field-effect transistors with charge-acceptor layers:high-mobility and low-threshold-voltage operation in air (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Soeda, Y. Hirose, M. Yamagishi, A. Nakao, T. Uemura, K. Nakayama, M. Uno, Y. Nakazawa, K. Takimiya, and J. Takeya
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 23 号: 29 ページ: 3309-3314
  • DOI: 10.1002/adma.201101027
  • 査読あり
• [雑誌論文] High electron mobility in air for N, N'-1H, 1H-perfluorobutyldicyanoperylene carboxydi-imide solution-crystallized thin-film transistors on hydrophobic surfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Soeda, T.Uemura, Y.Mizuno, A.Nakao, Y.Nakazawa, A.Facchetti, J.Takeya
  • 雑誌名: ADVANCED MATERIALS 巻: 23 号: 32 ページ: 3681-3685
  • DOI: 10.1002/adma.201101467
  • 査読あり
• [学会発表] 高性能有機トランジスタの新たな可能性とimec最新研究動向 (2014)
  • 著者名/発表者名: 植村隆文
  • 学会等名: プリンテッド・エレクトロニクス研究会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-05-14
• [学会発表] 日本物理学会・領域7シンポジウム(企画提案)「有機半導体におけるスピン自由度と電荷ダイナミクス」–はじめに– (2013)
  • 著者名/発表者名: 徳島大学
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 植村隆文
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] Hall Effect and Charge Carrier Coherence in High-Mobility OFETs (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura and J. Takeya
  • 学会等名: MRS Spring Meeting 2013
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Progresses in Organic Single-Crystal Transistors : Development of Solution Processes and Studies on the Charge Transport Mechanisms (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura and J. Takeya
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 招待講演
• [学会発表] シンポジウム「有機半導体におけるスピン自由度と電荷ダイナミクス」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 植村隆文
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学・常三島キャンパス
• [学会発表] Hall Effect and Charge Carrier Coherence in High-Mobility OFETs (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Uemura and J. Takeya
  • 学会等名: MRS Spring meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 招待講演
• [学会発表] ペンタセン電界効果トランジスタの圧力下ホール効果とキャリアのコヒーレンス (2012)
  • 著者名/発表者名: 植村隆文
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] 有機半導体における分子間相互作用の理論計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 深見竜也
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] 3次元有機半導体結晶のキャリア伝導シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] 圧力下におけるテトラセン単結晶トランジスタの輸送特性測定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡田悠悟
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] Progresses in organic single-crystal transistors : development of solution processes and studies on the charge transport mechanisms (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Uemura, J.Takeya
  • 学会等名: SPIE
  • 発表場所: San Diego Convention Center, San Diego, California, USA(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-23
• [図書] 有機デバイスのための塗布技術, (第4章4.高性能有機FETにおけるキャリアの伝導機構) (2014)
  • 著者名/発表者名: (監修)竹谷純一
  • 出版者: CMC出版 (分担執筆)
• [図書] 有機デバイスのための塗布技術 4-4. 高性能有機FETにおけるキャリアの伝導機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 植村隆文、竹谷純一
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: シーエムシー出版
• [産業財産権] 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 竹谷純一、植村隆文
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-185621
  • 出願年月日: 2012-08-24
  • 外国
• [産業財産権] 自己組織化単分子膜形成用の化合物及びそれを用いた有機半導体素子 (2012)
  • 発明者名: 竹谷純一、岡本敏宏、植村隆文
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-07-26
  • 外国
• [産業財産権] 有機トランジスタ及びその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 竹谷純一、植村隆文、宇野真由美
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学,大阪府立 産業技術総合研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-07-18
  • 外国