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本研究は、表面が分子スケールで平坦な「有機単結晶フィルム」を積層したハイブリッド構造の界面に新たな機能を有する電子伝導面を構築することを目的としている。3年計画の初年度である19年度には、有機半導体の単結晶フィルムと絶縁性の有機単結晶フィルムを組み合わせて、結晶性の有機物界面を形成することによって、高移動度の電界効果トランジスタ機能を発現することを計画し、実際に、ルブレン分子を用いた単結晶フィルムを半導体層とし、ジフェニルアントラセン分子を用いた単結晶フィルムをゲート絶縁層として用いる単結晶ヘテロ接合を構築した。これまでは、ルブレンのようなドナー性を有するp型有機半導体にホールを注入するトランジスタ機能を中心に研究を進めたのに対し、今年度は、アクセプタ性を有するn型有機半導体に電子を注入するトランジスタの機能を特に大気中で安定に発現させ、両者の組み合わせによって新規の積層ハイブリッド構造を実現することを計画した。まず、電子親和性が高いTCNQ分子を結晶化させて、単結晶トランジスタを代表者らが開発した結晶を静電的に貼り合わせる方法で電界効果トランジスタを構築したところ、空気中でも電界効果の閾電圧がほとんどない理想的なふるまいを示した。このことから、水などの大気成分よりも電子親和性が高い有機半導体を用いる限り、大気中の電界効果に物質としての制約はないという示唆が得られた。また、p型とn型の有機半導体を組み合わせることによって、より高移動度のn型有機半導体トランジスタも得られたことから、p型とn型の積層ハイブリッド構造の有用性を示すことができた。さらに、ホール効果測定の結果からは通常の電界効果からはわかりにくいp型とn型の積層構造におけるキャリア量を同定し、両有機半導体間に多大な電荷の移動が実現していることも明らかになった。
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