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本研究では、機能性分子材料を有機溶媒に溶かした溶液を印刷技術によりパターニングすることで電子デバイスを簡易に製造するプリンテッドエレクトロニクスの基盤技術開発を目指し、層状に分子が並びやすい非対称な液晶性有機半導体材料を用いた新規薄膜構築法の開発や、それらの応用展開を目的としている。
昨年度までの研究で、半導体骨格を非対称にアルキル置換した有機半導体材料では、その層状結晶性を増強するために用いられてきたアルキル鎖の導入がキャリア注入を阻害する効果を持つことを見出し、その影響を最小化するために単層２分子膜を構築する新しい手法の開発に成功した。本年度は、アルキル鎖長が異なる有機半導体で薄膜単結晶を構築し、その偏光吸収スペクトルが結晶場や励起子間相互作用を反映し大きく変化することを、詳細な偏光吸収スペクトル測定から明らかにした。これをもとに、単層２分子膜の層内分子配列構造が短鎖長分子により決定づけられることを偏光吸収スペクトル解析から明らかにした。さらに、パイ電子骨格を拡張した系で非対称置換材料を検討することで、熱的安定性と溶媒溶解性(溶液プロセス適合性)を兼ね備えた、有機半導体材料を開発した。その単結晶薄膜トランジスタの高いキャリア輸送特性を確認すると共に、アルキル鎖長の異なる分子を混ぜて塗布することで単層２分子膜構造を構築できることを確認した。以上に加え、単層２分子膜が超極薄の半導体層であるという特徴を活かした超高感度分子センサーとしての応用を検討した。その結果、水蒸気や極性分子ガス濃度などの外部環境のわずかな変化により、単層２分子膜からなる極薄トランジスタの電流値や閾値電圧が敏感に応答することが確認された。以上をもとに、分子レベルの表面吸着を制御できる究極の機能性人工薄膜への展開について検討を進めた。
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