液晶性を活用した薄膜作製技術による高分子有機トランジスタの高性能化

• 研究課題/領域番号: 25286045
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 坂本 謙二 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (00222000)
• 連携研究者: 安田 剛 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (30380710)
• 研究協力者: ブルガレビッチ キリル ; 出口 裕
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 有機トランジスタ / 有機半導体 / 液晶性 / 光配向膜 / フロー・コーティング / 配向制御 / LB膜 / ＬＢ膜 / 高分子構造・物性 / 電子デバイス・機器 / フローコーティング

研究成果の概要

本研究では、高移動度高分子有機半導体が示す液晶性を積極的に活用し、分子配向制御可能な薄膜形成プロセスの開発を行った。高分子有機半導体のエッジオン配向を誘起する撥水性ゲート絶縁膜表面への塗布を可能とする「セルフアシステッド・フロー・コーティング法」を確立し、a-Siに匹敵する電界効果移動度で、電界効果トランジスタの素子間のばらつき３％以下を達成した。更に、高分子有機半導体骨格の高い面内配向秩序度を達成するための配向誘起層の開発を行った。フロー・コーティング法と配向誘起層を併用することによって、高配向高分子有機半導体薄膜の作製に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Spatially Uniform Thin-Film Formation of Polymeric Organic Semiconductors on Lyophobic Gate Insulator Surfaces by Self-Assisted Flow-Coating (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirill Bulgarevich, Kenji Sakamoto, Takeo Minari, Takeshi Yasuda, and Kazushi Miki
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 号: 7 ページ: 6237-6245
  • DOI: 10.1021/acsami.6b15398
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pretilt angle of liquid crystals generated by polyimide photo-alignment layers treated with vapor of primary and tertiary alkylamines (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, Shogo Kiyohara, and Kazushi Miki
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 9940 ページ: 994008-994008
  • DOI: 10.1117/12.2235677
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photo-alignment property of azobenzene-containing polyimide films swollen by alkyl-amine (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, and Kazushi Miki
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 611 号: 1 ページ: 153-159
  • DOI: 10.1080/15421406.2015.1030213
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photo-alignment Efficiency Enhancement of Polyimide Alignment Layers by Alkyl-amine Vapor Treatment (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sakamoto, K. Usami, and K. Miki
  • 雑誌名: Appllied Physics Express 巻: 7 号: 8 ページ: 081701-081701
  • DOI: 10.7567/apex.7.081701
  • NAID: 210000137181
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Small device-to-device variation of 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene field-effect transistor arrays fabricated by a flow-coating method (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kirill Bulgarevich, and Kazushi Miki
  • 雑誌名: Japanease Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 2S ページ: 02BE01-02BE01
  • DOI: 10.7567/jjap.53.02be01
  • NAID: 210000143386
  • 査読あり
• [学会発表] Photoalignment behavior of polyimide containing azobenzene in the backbone structure treated with vapor of primary and tertiary alkylamines (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami
  • 学会等名: 27th International Liquid Crystal Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of polymeric organic semiconductor films on lyophobic gate insulator surfaces by self-assisted flow-coating (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirill Bulgarevich, 坂本謙二，三成剛生，安田剛，三木一司
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 異なる級のアルキルアミンで処理されたポリイミド光配向膜の分子配向 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂本謙二，宇佐美清章
  • 学会等名: 2017年日本液晶学会討論会
• [学会発表] Chemical imidization of photo-aligned films of polyimide containing azobenzene in the backbone structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyoaki, Usamin, Natsumi Konishi, and Kenji Sakamoto
  • 学会等名: 12th International Conference on Nano-Molecular Electronics 
  • 発表場所: Kobe International Conference Center (Kobe)
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Polymer-based organic field-effect transistor arrays fabricated on highly hydrophobic gate insulator surfaces by flow-coating (2016)
  • 著者名/発表者名: Kirill Bulgarevich, Kazushi Miki, Kenji Sakamoto, Takeo Minari, and Takeshi Yasuda
  • 学会等名: 12th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: Kobe International Conference Center (Kobe)
  • 年月日: 2016-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] Photoalignment behavior of polyimide containing azobenzene in the backbone structure treated with different classes of alkylamin (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, Shogo Kiyohara, and Kazushi Miki
  • 学会等名: 2nd International Conference on Photoalignment and Photopatterning in Soft Materials
  • 発表場所: Toyoda Auditorium, Nagoya University (Nagoya)
  • 年月日: 2016-11-24
  • 国際学会
• [学会発表] フロー・コート法で作製したpBTTT-C16膜の電荷輸送特性の面内均一性 (2016)
  • 著者名/発表者名: Kirill Bulgarevich, 坂本謙二, 三成剛生, 安田剛, 三木一司
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ,（新潟）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 液晶性高分子-有機トランジスタの素子特性のばらつき評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂本謙二, Kirill Bulgarevich, 三成剛生, 安田剛, 三木一司
  • 学会等名: 2016年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪工業大学（大阪）
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] アミン蒸気処理されたアゾベンゼン含有ポリイミド光配向膜の面内異方性がプレチルト角に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美 清章, 清原 翔吾, 川口翔平, 坂本 謙二
  • 学会等名: 2016年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪工業大学（大阪）
  • 年月日: 2016-09-05
• [学会発表] Pretilt angle of liquid crystals generated by polyimide photo-alignment layers treated with vapor of primary and tertiary alkylamines (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, Shogo Kiyohara, and Kazushi Miki
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego (USA)
  • 年月日: 2016-08-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Influence of In-plane Anisotropy of Azobenzene- containing Polyimide Alignment Layers Treated with Alkyl-amine Vapor on Pretilt (2016)
  • 著者名/発表者名: Kiyoaki Usami, Shogo Kiyohara, Syohei Kawaguchi,and Kenji Sakamoto
  • 学会等名: 26th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: Kent (USA)
  • 年月日: 2016-07-31
  • 国際学会
• [学会発表] 高分子（pBTTT-C16）有機トランジスタアレイの 素子特性のばらつき (2015)
  • 著者名/発表者名: ブルガレビッチ キリル，坂本謙二，三成剛生，安田剛，三木一司
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] アゾベンゼンを主鎖に含むポリイミドの光配向膜によるプレチルト角発生に及ぼす アミン蒸気処理の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇佐美清章，清原翔吾，坂本謙二
  • 学会等名: 2015日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] アルキルアミン蒸気処理時間とポリイミド光配向膜の面内異方性との関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂本謙二
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Significant Improvement in Pretilt Angle Controllability by Polyimide Photo-alignment Layers by Alkyl-amine Vapor Treatment (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sakamoto, K. Usami, K. Miki
  • 学会等名: 1st International Conference on Photoalignment and Photopatterning in Soft Materials
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-12-02
• [学会発表] Relationship between Pretilt Angle and Molecular Orientation of Azo-PI Photo-alignment Layers Treated with Alkyl-amine Vapor (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Usami, S. Kiyohara, K. Sakamoto
  • 学会等名: 1st International Conference on Photoalignment and Photopatterning in Soft Materials
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 2014-11-29 – 2014-12-02
• [学会発表] Highly Efficient Photoalignment Treatment for Polyimides Containing Azobenzene in the Backbone Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, and Kazushi Miki
  • 学会等名: International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-24
• [学会発表] アミン蒸気処理によるポリアミック酸膜の膨潤と光配向特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂本謙二，宇佐美清章，三木一司
  • 学会等名: 2014年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 松江くにびきメッセ
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [学会発表] Significant extension of pretilt angle controllable range with polyimide photo-alignment layers by an alkyl-amine vapour treatment (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Sakamoto, Kiyoaki Usami, and Kazushi Miki
  • 学会等名: 25th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: Dublin,Ireland
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [学会発表] Molecular orientation of photo-alignment layers of azobenzene-containing polyimide treated with alkyl-amine vapour (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Usami, S. Kiyohara, and K. Sakamoto
  • 学会等名: 25th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: Dublin,Ireland
  • 年月日: 2014-06-29 – 2014-07-04
• [学会発表] Alignment control of organic semiconductor molecules and its application (2013)
  • 著者名/発表者名: Ｋｅｎｊｉ Ｓａｋａｍｏｔｏ
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 招待講演
• [備考] NIMS Researchers Database
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/sakamoto_kenji
• [備考] 物質・材料研究機構 機能性材料研究拠点半導体ナノ界面グループ
  • URL: http://www.nims.go.jp/research/group/seminanointer/index.html
• [備考] NIMSの研究者情報データベース「SAMURAI」
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/SAKAMOTO_Kenji-j.html
• [備考] 物質・材料研究機構 高分子材料ユニット 界面機能グループ
  • URL: http://www.nims.go.jp/units/PMU/3func_Rese.html
• [備考] NIMS Researchers Database SAMURAI
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/SAKAMOTO_Kenji-j.html
• [備考] 独立行政法人物質・材料研究機構高分子材料ユニット界面機能グループ
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/g_electronic-functional/index.html
• [備考] NIMS Researchers Database SAMURAI
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/SAKAMOTO_Kenji-j.html