電子スピン共鳴による有機電界効果トランジスターのミクロ評価と特性制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18686002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 丸本 一弘 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (50293668)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 有機半導体 / デバイス構造 / 電界効果 / 電子スピン共鳴 / 伝導 / 有機トランジスタ / ミクロ評価 / 電荷キャリア

研究概要

分子レベルで材料評価を行える高感度な手法である電子スピン共鳴(ESR)を、有機低分子ペンタセン、フラーレン、ルブレン単結晶などを用いた電界効果トランジスタ(FET)等に適用し、結晶粒内やデバイス界面などにおける有機低分子集合体のミクロ評価を行った。それにより、電界注入キャリアのスピン状態や波動関数等の電子状態を明らかにし、本質的な電荷輸送機構を解明すると共に、有機単結晶の半導体表面における特異的な分子再構成を発見した。

研究成果

• [雑誌論文] Electron spin resonance of charge carriers in organic field-effect devices (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, K. Marumoto, et al., 7 名, 7番目
  • 雑誌名: Applied Magnetic Resonance in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR studies of ambipolar charge carriers in MIS diodes of regioregular poly(3-hexylthiophene)/PCBM composite (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Marumoto, et al., 5名、4番目
  • 雑誌名: Synthetic Metals in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the charge carrier concentration in organic field-effect transistors by electron spin resonance (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, K. Marumoto, et al., 5 名, 4番目
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94(10) ページ: 103308-1-103308-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 電子スピン共鳴を用いた有機デバイスのミクロ特性評価法の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 雑誌名: 電子スピンサイエンス 第6巻第10号 ページ: 24-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Spin Resonance Observation of Gate-Induced Ambipolar Charge Carriers in Organic Devices (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, et al., 5 名, 1番目
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46(48) ページ: L1191-L1193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin resonance observation of gate-induced charge carriers in organic field-effect devices fabricated on silicon substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Marumoto, et al., 6名, 5番目
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46(33) ページ: L792-L795
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機FET 界面における伝導機構と磁性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一
  • 雑誌名: 日本物理学会 第62巻第11号 ページ: 851-855
  • 査読あり
• [雑誌論文] FET 材料の電荷キャリア解明の現状と今後の展望 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一
  • 雑誌名: MATERIAL STAGE 第7巻第2号 ページ: 83-88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial Extent of Wave Functions of Gate-Induced Hole Carriers in Pentacene Field-Effect Devices as Investigated by Electron Spin Resonance (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, S. Kuroda, T. Takenobu and Y. Iwasa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97(25) ページ: 256603-1-256603-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR studies of field-induced polarons in MIS diode structures with self-organized regioregular poly(3-hexylthiophene) (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, et al., 6 名, 1番目
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A : Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 617-622
  • 査読あり
• [学会発表] ルブレン単結晶FETのESRにおける界面修飾効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、11名、1番目
  • 学会等名: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会、2a-C-1
  • 発表場所: 筑波大学、つくば
  • 年月日: 20090330-0402
• [学会発表] ルブレン単結晶トランジスタの電子スピン共鳴における界面修飾効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、11名、1番目
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会、30aYG-7
  • 発表場所: 立教大学、東京
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] 電場誘起ESR法による有機単結晶トランジスタのミクロ特性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、11名、1番目
  • 学会等名: 第47回電子スピンサイエンス学会年会、3H-1
  • 発表場所: 九州大学、福岡
  • 年月日: 2008-10-03
• [学会発表] ルブレン単結晶トランジスタの電子スピン共鳴による界面分子配向観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、11名、1番目
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会、22pTB-8
  • 発表場所: 岩手大学、盛岡
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] ルブレン単結晶FETのESRによる界面分子配向評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、11名、1番目
  • 学会等名: 2008年秋季 第69回応用物理学会学術講演会、4a-X-10
  • 発表場所: 中部大学、春日井
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] ESR Studies of Gate-Induced Ambipolar Charge Carriers in Organic Devices (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, et al, 9 名, 1番目
  • 学会等名: International Symposium on Organic Transistors and Functional Interfaces
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2008-08-22
• [学会発表] Microscopic Properties of Organic Transistors as Investigated by Electron Spin Resonance <Invited> (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto
  • 学会等名: International Symposium on Organic Transistors and Functional Interfaces
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2008-08-21
• [学会発表] ESR observations of field-induced polarons in regioregular poly(3-hexylthiophene) field- effect transistors <Oral> (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, K. Marumoto, et al., 7 名, 6番目
  • 学会等名: The 6th Asia Pacific EPR/ESR Symposium (APES 2008)
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 2008-07-14
• [学会発表] ESR observations of ambipolar charge carriers in MIS devices of regioregular poly(3-hexylthiophene)/PCBM composite <Oral> (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Marumoto, et al., 5名, 4番目
  • 学会等名: The 6th Asia Pacific EPR/ESR Symposium (APES 2008)
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 2008-07-14
• [学会発表] ルブレン単結晶FETのESRによる評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、9名、1番目
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会、28a-ZE-6
  • 発表場所: 日本大学、船橋
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] ルブレン単結晶トランジスタの電子スピン共鳴 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、9名、1番目
  • 学会等名: 日本物理学会第63回年次大会、25pTG-7
  • 発表場所: 近畿大学、東大阪
  • 年月日: 2008-03-25
• [学会発表] 有機半導体デバイスの電子スピン共鳴による評価と特性制御(招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 筑波大学学際物質科学研究拠点第2回「光と物質」研究会
  • 発表場所: 筑波大学、つくば
  • 年月日: 2008-03-03
• [学会発表] 電子スピン共鳴を用いた有機半導体デバイスのミクロ特性評価(招待講演) (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 筑波大学物質科学セミナー
  • 発表場所: 筑波大学、つくば
  • 年月日: 2008-01-31
• [学会発表] 分子性デバイスにおける両極性電界注入キャリアのESR研究(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、他、9名、1番目
  • 学会等名: 分子研研究会「先端的ESR手法による分子性物質の新機能性探索」
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター、岡崎
  • 年月日: 2007-12-18
• [学会発表] 有機デバイスにおける電界注入スピンのESR観測(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 日本磁気学会第18回「スピンエレクトロニクス専門研究会」
  • 発表場所: 中央大学、東京
  • 年月日: 2007-12-03
• [学会発表] Development of A New Method for Studying Microscopic Properties of Organic Devices by Electron Spin Resonance <Invited> (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto
  • 学会等名: A Joint Conference of the International Symposium on Electron Spin Science and the 46th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology (ISESS-SEST2007)
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 2007-11-08
• [学会発表] 両極性有機電界効果デバイスの電子スピン共鳴 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、坂本知隆、伊東裕、黒田新一
  • 学会等名: 2007年秋季 第68回応用物理学会学術講演会、7a-D-1
  • 発表場所: 北海道工業大学、札幌
  • 年月日: 2007-09-07
• [学会発表] 有機電界効果デバイスのESRによる評価(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 2007年秋季第68回応用物理学会学術講演会、シンポジウム「有機デバイスの物性評価と有機FETの新展開(基礎編)」、6p-D-8
  • 発表場所: 北海道工業大学、札幌
  • 年月日: 2007-09-06
• [学会発表] 電子スピン共鳴を用いた有機デバイスの新しい特性評価法(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 富士フィルム講演会
  • 発表場所: 富士フィルム先進研究所、神奈川県足柄上郡
  • 年月日: 2007-07-18
• [学会発表] Electron Spin Resonance of Charge Carriers in Organic Field-Effect Devices - Carrier Wavefunctions and Molecular Orientations at Device Interface <Oral> (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, K. Marumoto, et al., 6 名, 6番目
  • 学会等名: 12th International Conference on ORGANIZED MOLECULAR FILMS (LB-12)
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2007-07-03
• [学会発表] 有機トランジスター材料の新しい特性評価法(招待講演) (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 情報機構セミナー
  • 発表場所: 川崎市産業振興会館、川崎
  • 年月日: 2007-04-17
• [学会発表] ペンタセン電界効果トランジスター中のゲート誘起キャリヤーの電子スピン共鳴 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一、竹延大志、岩佐義宏
  • 学会等名: 2007年春季 第54回応用物理学関係連合講演会、28a-W-30
  • 発表場所: 青山学院大学、相模原
  • 年月日: 2007-03-28
• [学会発表] Electron Spin Resonance Observation of Charge Carriers in Conjugated-Polymer Thin-Film Devices <Oral> (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda and K. Marumoto
  • 学会等名: 3rd IUPAC-sponsored International Symposium on Macro- and Supramolecular Architectures and Materials (MAM-06) : Practical Nano-Chemistry and Novel Approaches
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20060528-0601
• [学会発表] 有機電界効果デバイス中のゲート誘起ホールキャリヤーのESR研究(招待講演) (2006)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 学会等名: 強相関電子技術研究センター「CERCセミナー」
  • 発表場所: 産業技術総合研究所、つくば
  • 年月日: 2006-11-15
• [学会発表] ESR Studies of Gate-Induced Hole Carriers in Organic Field-Effect Devices <Invited> (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, S. Kuroda, T. Takenobu and T. Iwasa
  • 学会等名: KINKEN Workshop on Organic Field Effect Transistors
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2006-10-20
• [図書] "Electron Spin Resonance of Organic Devices", Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (second edition), ed. H. S. Nalwa (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda and K. Marumoto
  • 出版者: American Scientific Publishers, California(in press)
• [図書] 「電子スピン共鳴法(ESR)を用いた有機トランジスタ界面のミクロ特性評価法」、有機デバイスのための界面評価と制御技術、第I編第2章 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー、東京(印刷中)
• [図書] 「ペンタセンFET の伝導機構」、低分子有機半導体の高性能化、第1章第3節 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー、東京(印刷中)
• [図書] 「有機トランジスタ中の電子スピン」、有機トランジスタ材料の評価と応用II、第3篇2章 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田真一
  • 総ページ数: 146-164
  • 出版者: シーエムシー出版、東京
• [備考] 丸岡照幸、生物活動の痕跡が示す大量絶滅の真相、季刊「生命誌」、59、JT生命誌研究館
• [備考] 「FET 材料の電荷キャリヤ解へ 筑波大などが新手法」、日刊工業新聞、2006年12月28日、朝刊、全国版15頁.
• [備考] 「有機物半導体中の電荷 分子レベルで観察 筑波大と名大 材料開発に一役」、日経産業新聞、2006年12月28日、朝刊、全国版9頁.
• [備考] "Faculty on the Move: Kazuhiro Marumoto, University of Tsukuba", EPR newsletter (The Publication of the International EPR (ESR) Society), 17(4) (2008) 19.
• [備考] 「解説記事 : 平成19年度 電子スピンサイエンス学会奨励賞(電子スピンサイエンス学会)「電子スピン共鳴を用いた有機デバイスのミクロ特性評価法の開発」、文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「次世代共役ポリマーの超階層制御と革新機能」 News Letter、6号12頁、2008年1月.
• [備考] 「解説記事 : 有機トランジスター中の電荷キャリアーの新しい評価法の開発に成功」、文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「次世代共役ポリマーの超階層制御と革新機能」 News Letter、5号17頁、2007年7月.
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~marumoto_lab/index.html
• [産業財産権] 有機薄膜太陽電池の電子スピン測定方法及び有機薄膜太陽電池 (2008)
  • 発明者名: 丸本一弘
  • 権利者名: 筑波大学
  • 産業財産権番号: 特許権, 特願2008-282823
  • 出願年月日: 2008-11-04
• [産業財産権] 有機薄膜素子の電子スピン測定方法及び有機EL素子 (2008)
  • 発明者名: 丸本一弘
  • 権利者名: 筑波大学
  • 産業財産権番号: 特許権, 特願2008-259622
  • 出願年月日: 2008-10-06