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界面分極により駆動する有機薄膜メモリデバイス

研究課題

研究課題/領域番号 23K13714
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

横倉 聖也  北海道大学, 工学研究院, 助教 (40834742)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード強誘電体 / 有機半導体 / 有機エレクトロニクス
研究開始時の研究の概要

近年,安全で豊富な元素からなる有機強誘電体が注目されている.強誘電体とは,ミクロスコピックな分極が結晶内で秩序だって配列するpolarな材料であり,マクロな分極が保持され,ある閾値以上の外部電場を印可することで分極方向を反転できる材料である.本研究で追究する界面分極は,non-polarな材料で構成可能であり,界面数層の電荷トラップを起源するため薄膜の配向制御が不要である.本研究では,半導体材料,誘電材料,界面構造を最適化することで,界面分極を巨大化する.また,巨大界面分極による高効率な有機光電変換を目指す.

研究実績の概要

近年,安全で豊富な元素からなる有機強誘電体が注目されている.強誘電体とは,ミクロスコピックな分極が結晶内で秩序だって配列するpolarな材料であり,マクロな分極が保持され,ある閾値以上の外部電場を印可することで分極方向を反転できる材料である.本研究で追究する界面分極は,non-polarな材料で構成可能であり,界面数層の電荷トラップを起源するため薄膜の配向制御が不要である.本研究では,半導体材料,誘電材料,界面構造を最適化することで,界面分極を巨大化する.また,巨大界面分極による高効率な有機光電変換を目指す.
初年度は,有機合成の環境を整え,狭バンドギャップ半導体を候補とし有機半導体層を探索した.Tetraphenylcyclopenta[hi]aceanthrylene(TPCPA)をはじめとする種々の分子を合成し,独自技術であるナフタレンフラックス法により結晶化し,単結晶X線構造解析により結晶構造を決定した.得られた結晶構造をもとに,hoppingモデルで各結晶のホール及び電子移動度を見積もった.その結果,,2,6,7-tetraphenyldicyclopenta[cd,jk]pyrene(TPDPP)結晶が,電子及びホールの両方で2次元的な電荷輸送経路を形成するアンバイポーラ材料であることが示唆された.実際に単結晶トランジスタを作製し特性を評価したところ両極性特性が得られた.これらの内容について論文にまとめた.TPDPPを用いたメモリ素子を試作し,過去の素子と同程度の残留分極が得られた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

単成分有機半導体を用いた系でも2成分系と同程度の残留分極が得られた.界面構造の工夫や,2成分化およびヘテロ構造の形成により,さらに分極が大きくなると考えられる.

今後の研究の推進方策

TPCPAに配位能を付与した分子を合成した.これを用い多孔質な半導体層を作成し,その空孔を利用したヘテロ界面の形成を目指す.また,それを利用し巨大な界面分極を取り出す.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Pitched π-Stacking Crystal Structure and Two-Dimensional Electronic Structure of Acenaphtho[1,2-k]fluoranthene Analogues with Various Substituents2024

    • 著者名/発表者名
      Yuki Takuma、Yokokura Seiya、Jin Mingoo、Waizumi Hiroki、Nagahama Taro、Shimada Toshihiro
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 24 号: 4 ページ: 1849-1856

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.3c01510

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-pressure phase and pressure-induced phase transition of Ag3YC62024

    • 著者名/発表者名
      Maki Kotaro、Muraoka Koki、Kawaguchi Saori、Tanimoto Taku、Nakayama Akira、Yokokura Seiya、Shimada Toshihiro、Tadanaga Kiyoharu、Miura Akira
    • 雑誌名

      CrystEngComm

      巻: 26 号: 13 ページ: 1814-1818

    • DOI

      10.1039/d3ce01185b

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single Crystal Growth of Cyclopenta-Fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon by the Naphthalene Flux Method: 2D Ambipolar Charge Transport Properties and NIR Absorption2023

    • 著者名/発表者名
      Tanoguchi Hirohiko、Yuki Takuma、Yokokura Seiya、Yanase Takashi、Jin Mingoo、Ito Hajime、Nagahama Taro、Shimada Toshihiro
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 5 号: 11 ページ: 6266-6274

    • DOI

      10.1021/acsaelm.3c01148

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic Magnetic Proximity Effect at the Atomically Sharp Interface of CoxFe3-xO4/Pt Grown by Molecular Beam Epitaxy2023

    • 著者名/発表者名
      Nodo Shoto、Yamane Ichiro、Suzuki Motohiro、Okabayashi Jun、Yokokura Seiya、Shimada Toshihiro、Nagahama Taro
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 8 号: 28 ページ: 24875-24882

    • DOI

      10.1021/acsomega.3c00935

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 種々の置換基を有するアセナフト[1,2-k]フルオランテン類縁体のpitched-π-stacking構造と二次元電子構造2024

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也,結城拓真,和泉廣樹,島田 敏宏
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Single Crystal Growth of Organic Semiconductor Molecules by Naphthalene Flux Methods2023

    • 著者名/発表者名
      S. Yokokura
    • 学会等名
      A3 Joint Symposium of Emerging Materials Innovation, Korea
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single Crystal Growth and Charge Transport Characteristics of Cyclopenta-fused Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Molecules2023

    • 著者名/発表者名
      S. Yokokura
    • 学会等名
      14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ナフタレンフラックス法で作製した有機半導体単結晶のデバイス特性2023

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也,田野口丈彦,結城拓真,島田敏宏
    • 学会等名
      令和5年電気学会基礎・材料・共通部門大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 五員環を含む芳香族分子の結晶多型と電子状態計算2023

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也,田野口丈彦,結城拓真,島田敏宏
    • 学会等名
      第31回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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