2018 年度研究成果報告書

液晶性有機半導体の二分子膜構築と膜内相分離を利用した高機能化

研究課題

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研究課題/領域番号	17K14370
研究種目	若手研究(B)
配分区分	基金
研究分野	生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関	東京大学
研究代表者	荒井俊人東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40750980)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード	有機半導体 / 2分子膜 / 薄膜トランジスタ / 単結晶 / 結晶構造
研究成果の概要	パイ電子骨格を直鎖アルキル基で非対称置換した有機半導体材料は、パイ電子骨格とアルキル鎖がそれぞれ層をなす2分子膜構造を形成し、これにより薄膜トランジスタ(TFT)高性能化に有利な高い層状結晶性を発現する。本研究課題ではこれら材料の層状結晶性を活用して単結晶TFTを構築した。得られたTFTは高いキャリア輸送特性を示すものの、分子積層数の増加と共に層間のアクセス抵抗が増加し実効的なキャリア移動度が低下することを見出した。そこで、アルキル鎖長の異なる2種類の分子を混ぜて製膜することで単層2分子膜を大面積で構築する手法を開発した。本手法を可能にする分子設計指針から、新規有機半導体材料の開発も行った。
自由記述の分野	ソフトマター物理・プリンテッドエレクトロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究では、有機半導体層の構築をソフトマター材料の自己組織化制御として捉えることで、半導体層の厚みを分子レベルで制御できる新しい手法を考案した。このような分子制御技術はソフトマター分野だけでなく有機エレクトロニクス分野における新たなツールとして展開できる。さらに、ここで用いた非対称置換という分子設計は、材料科学的にもこれまで十分検討されておらず、今後の物質開拓においても重要な設計指針となる。また、これら有機分子が自己組織的に均質に並ぶ技術を活用することで、電子デバイス製造工程の簡略化や低製造コスト化が見込める。