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有機トランジスタの性能向上を目的として、有機半導体の高品質薄膜成長にグラフォエピタキシー現象を応用する試みを進めている。昨年度までは、シリコン基板表面に電子線リソグラフィーで周期的溝をパターニングし、それによって有機半導体を面内配向成長(グラフォエピタキシャル成長)させる方法を検討してきた。これによって、面内の選択配向成長を実現できたが、デバイスに応用する際、多結晶薄膜であることの不利を完全には解消することができなかった。本年度は、グラフォエピタキシーの技術を発展させ、電子デバイスに必須の「電極」に着目し、電極のエッジを起点に有機半導体薄膜を選択配向成長させることを試みた。この方法において、ソース、ドレイン電極間の距離(チャネル長)が、結晶のグレインサイズよりも短かければ、方位を制御できるだけでなく、ソース、ドレイン間を粒界のない単結晶で連結することも可能と考えた。分子線蒸着法による薄膜成長実験を行った結果、有機半導体セクシチオフェンが電極エッジに対して特定の方位関係をもって成長することを見出し、デバイスへの応用を進めている。また、このような実験と並行して、(古典的)分子動力学シミュレーションによるグラフォエピタキシーのメカニズム解明を進めた。基板上の周期的溝や電極エッジの壁面に対して、有機半導体結晶が特定の方位を向ける性質が、壁面の化学種(原子、分子)と有機半導体分子の相互作用に起因すると考え、分子動力学法によってシミュレートしたところ、壁面に対して実験結果と調和的な分子配列(結晶構造)を再現することができた。分子動力学シミュレーションではポテンシャル関数の選択やパラメータが計算結果に影響するため、このような有機分子と壁面との相互作用を計算する最適な条件を探索することが今後の課題となる。
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