分子軌道と集合状態を精密に制御した高性能新奇有機半導体材料の創製

• 研究課題/領域番号: 25810118
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 有機・ハイブリッド材料
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三津井 親彦 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任助教 (00615346)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 有機電界効果トランジスタ / 有機半導体 / 塗布プロセス / 分子軌道 / 集合体制御 / トランスファー積分 / 単結晶 / 有機単結晶 / 有効質量 / 有機トランジスタ / W字型分子 / バンド計算

研究成果の概要

有機電界効果トランジスタは，安価で環境負荷が小さい塗布プロセスで製造可能であり，機械的柔軟性といったユニークな特徴を持つため，近年その社会的関心が集まっている．その一方で，高い移動度と塗布プロセスに適合した化合物の溶解性，化学的かつ熱的安定性を兼ね揃えた半導体材料の開発が十分に進んでいないのが現状である．そこで本研究では，これらの問題を解決するべく，分子軌道と集合体構造を同時に制御可能なW字型構造を有する有機半導体を新たに開発した．X線単結晶構造解析とトランスファー積分の計算の結果、ポテンシャルの高い有望な材料であることが示唆され、塗布プロセスによる単結晶薄膜成長技術を駆使し高性能を実現した．

研究成果

• [雑誌論文] High-Performance Solution Processable 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: - 号: 26 ページ: 4546-4551
  • DOI: 10.1002/adma.201400289
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Furan Fused V-Shaped Organic Semiconducting Materials with High Emission and High Mobility (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, K. ; Mitsui, C. ; Okamoto, T. ; Yamagishi, M. ; Matsui, H. ; Ueno, T. ; Tanaka, Y. ; Yano, M. ; Matsushita, T. ; Soeda, J. ; Hirose, Y. ; Sato, H. ; Akihito, Y. ; Takeya, J
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: (印刷中) 号: 40 ページ: 5342-5344
  • DOI: 10.1039/c3cc47577h
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solution-processed single-crystalline organic transistors on patterned ultrathin gate insulators (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Tsurumi, A. Y. Amin, T. Okamoto, C. Mitsui, K. Takimiya, H. Matsui, M. Halik*, J. Takeya*
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: - 号: 6 ページ: 1184-1188
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2014.02.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of Hole Transporting Properties in Thin-Film and Single-Crystal Organic Field-Effect Transistor Based on Dinaphtho[2,1-b:1’,2’-d]thiophene (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Nakahara, C. Mitsui, T. Okamoto*, M. Yamagishi, J. Soeda, K. Miwa, H. Sato, A. Yamano, T. Uemura, J. Takeya*
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 5S1 ページ: 05DC10-05DC10
  • DOI: 10.7567/jjap.52.05dc10
  • NAID: 210000142236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Crystal Field-Effect Transistors with a Furan-Containing Organic Semiconductor Having a Twisted -Electronic System (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakahara, K. ; Mitsui, C. ; Okamoto, T ; Yamagishi, M. ; Miwa, K. ; Sato, H. ; Yarnano, A. ; Uemura, T. ; Takeya, J.
  • 雑誌名: Chem. Len. 巻: 42 号: 6 ページ: 654-656
  • DOI: 10.1246/cl.130133
  • NAID: 10031176040
  • 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] 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] Dinaphtho[1,2-b:2',1'-d]chalcogenophenes: Comprehensive Investigation of the Effect of the Chalcogen Atoms in the Phenacene-Type π 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 号: 20 ページ: 3953-3956
  • DOI: 10.1021/cm303376g
  • 査読あり
• [学会発表] 高移動度を有する硫黄架橋N字型屈曲パイ共役系化合物群（２）：デバイス熱耐久性ならび集合体構造の温度依存性、日本化学会第95春季年会 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，青木佑司，吉本和美，山岸正和，武田広大，片山雅之，加藤哲弥，橋爪大輔，矢野将文，佐藤寛泰，山野昭人，竹谷純一，岡本敏宏
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学（千葉県）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-30
• [学会発表] N字型屈曲パイ共役系材料が構築するナノ構造体と熱耐久性を有する有機トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岸柾之，橋爪大輔，山岸正和，佐藤寛泰，山野昭人， 竹谷純一，岡本敏宏
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学（長崎県）
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 熱ストレス耐久性を有する有機トランジスタに向けた屈曲N字型パイ電子系分子 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岸柾之，矢澤宏次，山岸正和，橋爪大輔，佐藤寛泰，山野昭人， 竹谷純一，岡本敏宏
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] N字型屈曲パイ共役系分子が構築する集合体構造と熱ストレス耐久性有機トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岸柾之，橋爪大輔，矢澤宏次，山岸正和，佐藤寛泰，山野昭人，竹谷純一，岡本敏宏
  • 学会等名: 第25回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-09
• [学会発表] acile Synthesis of V-shaped oxygen-bridged binaphthalene molecules and their applications to organic field-effect transistor (2014)
  • 著者名/発表者名: Chikahiko Mitsui, Toshihiro Okamoto, Masakazu Yamagishi, Katsumasa Nakahara, Hiroyuki Matsui, Takanari Ueno, Yuji Tanaka, Masafumi Yano, Junshi Soeda, Yuri Hirose, Hiroyasu Sato, Akihito Yamano, Jun Takeya
  • 学会等名: ICSM2014
  • 発表場所: Turku（Finland）
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-05
• [学会発表] Structures and charge transporting properties of V-shaped oxygen-bridged binaphthalenes organic semiconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Chikahiko Mitsui, Toshihiro Okamoto, Masakazu Yamagishi, Katsumasa Nakahara, Hiroyuki Matsui, Yuri Hirose, Hiroyasu Sato, Akihito Yamano, Takafumi Uemura, Jun Takeya
  • 学会等名: MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco（米国）
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] 短チャネル・高移動度有機塗布結晶トランジスタを用いた高速整流素子 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇野真由美，金岡祐介，車溥相，三津井親彦，岡本敏宏，竹谷純一
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] 塗布法により作製された高平滑なゲート電極を有する高性能有機トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本孝典，宇野真由美，金岡祐介，片山雅之，加藤哲弥，岡本敏宏，三津井親彦，竹谷純一
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] アルキル置換セレン架橋V字型パイ共役系分子の特異な集合体構造変化とキャリア輸送特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岡本敏宏，山岸正和，中村健一，佐藤寛泰，山野昭人，竹谷純一
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] 酸素架橋屈曲N字型パイ共役系分子群の集合体構造ならびにキャリア輸送特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本敏宏，三津井親彦，山岸正和，中村健一，中原勝正，添田淳史，広瀬友里，佐藤寛泰，山野昭人，竹谷純一
  • 学会等名: 第６１回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学 相模原キャンパス（神奈川県）
• [学会発表] アルキル置換セレン架橋V字型分子における特異な集合体構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岡本敏宏，山岸正和，中村健一，佐藤寛泰，山野明人，竹谷純一
  • 学会等名: 日本化学会第９４春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
• [学会発表] 新規な硫黄架橋W字型パイ共役系化合物の合成およびそのキャリア輸送特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山元明人，三津井親彦，岡本敏宏，山岸正和，松井弘之，佐藤寛泰，山野昭人，竹谷純一
  • 学会等名: 日本化学会第９４春季年会
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス（愛知県）
• [学会発表] アルキル置換屈曲N字型パイ共役系分子群の集合体構造ならびにキャリア輸送特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本敏宏，三津井親彦，山岸正和，松下武司，広瀬友里，中原勝正，添田淳史，佐藤寛泰，山野昭人，植村隆文，竹谷純一
  • 学会等名: 第74回応用物理学会 秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都府）
• [学会発表] アルキル置換含カルコゲノフェンV字型縮環パイ共役系分子群のナノ構造体と電子機能物性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岡本敏宏，山岸正和，松下武司，中原勝正，広瀬友里，添田淳史，佐藤寛泰，山野昭人，植村隆文，竹谷純一
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス（石川県）
• [学会発表] 新規屈曲N字型縮環パイ共役系分子の集合体構造ならびに有機トランジスタへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本敏宏，三津井親彦，山岸正和，松下武司，広瀬友里，中原勝正，添田淳史，佐藤寛泰，山野昭人，植村隆文，竹谷純一
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学 角間キャンパス（石川県）
• [学会発表] 新規屈曲型縮環パイ共役系分子群の構造と塗布型有機トランジスタへの応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡本敏宏，三津井親彦，山岸正和，松下武司，広瀬友里，添田淳史，中原勝正，佐藤寛泰，山野昭人，植村隆文，竹谷純一
  • 学会等名: 第24回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 学習院大学 目白キャンパス（東京都）
• [学会発表] アルキル置換含カルコゲノフェンV字型縮環パイ共役系分子群の構造と電荷輸送特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 三津井親彦，岡本敏宏，山岸正和，松下武司，中原勝正，広瀬友里，添田淳史，佐藤寛泰，山野昭人，植村隆文，竹谷純一
  • 学会等名: 第24回 基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 学習院大学 目白キャンパス（東京都）
• [学会発表] Chalcogen bridged W-shaped molecules as a new class of organic semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: C. Mitsui, T. Okamoto, M. Yamagishi, T. Matsushita, J. Soeda, K. Miwa, H. Sato, A. Yamano, T. Uemura, and J. Takeya
  • 学会等名: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-15)
  • 発表場所: Howard Civil Service International House, Taipei, Taiwan
• [学会発表] V-Shaped Organic Semiconductors: Stabilized Crystal Phases and High-Mobility Solution-Processable Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Okamoto, C. Mitsui, M. Yamagishi,K. Nakahara, J. Soeda, H. Sato, A. Yamano, T. Matsushita, T. Uemura, and J. Takeya
  • 学会等名: 15th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-15)
  • 発表場所: Howard Civil Service International House, Taipei, Taiwan, Jul. 28–Aug. 2, 2013