イオン液体による層状遷移金属化合物への高密度キャリア注入-新奇二次元電子系の創製

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20740213
• 研究機関: (財)電力中央研究所
• 研究代表者: 小野 新平 (財)電力中央研究所, 材料科学研究所, 主任研究員 (30371298)
• キーワード: 半導体物性 / 物性実験 / 強相関電子系 / イオン液体 / 有期電界効果トランジスタ / 電気二重層

研究概要

イオン液体による遷移金属化合物への高密度キャリア注入の前段階として、イオン液体を、有機トランジスタへ適用する可能性を検討した。イオン液体をゲート絶縁体として用いた有機単結晶電界効果トランジスタを作製し、その基本性能を評価したところ。
1)低電圧駆動 イオン液体を用いた有機FET(有機単結晶にrubrene)を作製したところ、非常に弱い電圧(約0.2V)でトランジスタとして動作することが分かった。従来の有渡FETに比べて100〜500分の1程度の電圧で動作する。
2)高い電荷移動度 電荷移動度を求めると、電気二重層を用いた有機FETの中で最大値(9.6cm^2/Vs)を示すことが分かった。この値は、今まで報告されている有機トランジスタの電荷移動度の最大値の半分程度の値であり、実用化に十分耐えうる値であることが分かった。
3)高速スイッチング イオン液体の電解容量の周波数依存性を測定したとこと、0.1Hzから1MHzまで幅広い周波数について、高い電解容量(キャパシタンス)を持つことが明らかになった。このことは、イオン液体は高周波においても電気二重層を形成し、有機半導体に多くのキャリア注入(高容量化)が可能になることを示唆する。イオン液体を用いた有機FETは高速なスイッチング性能をも兼ね備えていることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] A comparative study of organic single-crystal transistors gated with various ionic-liquid electrolytes (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, K.Miwa, S.Seki, J.Takeya
  • 雑誌名: Applied Physics Latters 94 ページ: 063301-1 063301-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic functionalization of solid-to-liquid interfaces between organic semiconductors and ionic liquids: Realization of very high performance organic single-crystal transistors (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Uemura, R.Hirahara, Y.Tominari, S.Ono, S.Seki, and J.Takeya,
  • 雑誌名: Applied Physics Lgtters 93 ページ: 263305-1 263305-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Origin of the Inhomogeneous Pairing Interaction in the High-Tc Superconductor Bi_2Sr_2CaCu_2O_8_+_δ (2008)
  • 著者名/発表者名: Abhay N.Pasupathy, Aakash Pushp, Kenjiro K.Gomes, Colin V.Parker, Jinsheng Wen, Zhijun Xu, Genda Gu, Shimpei Ono, Yoichi Ando, and Ali Yazdani,
  • 雑誌名: Science 320 ページ: 196-201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning Josephson Tunneling Microscopy of Single-Crystal Bi_2Sr_2CaCu_2O_8_+_δ with a Conventional Superconducting Tip (2008)
  • 著者名/発表者名: Hikari Kimura, R.P. Barber, Jr.S.Ono, Yoichi Ando, and R.C. Dynes,
  • 雑誌名: Physical Review Latters. 101 ページ: 037002-1-037002-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping of the formation of the oaring gap in Bi_2Sr_2CaCu_2O_8_+_δ (2008)
  • 著者名/発表者名: K.K. Gomes, A.N. Pasupathy, A.Pushp, C.Parker, S.Ono, Y.Ando, G.Gu, A.Yazdani,
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Solid 69 ページ: 3034-3038
  • 査読あり
• [学会発表] イオン液体を用いた有機FETにおける固体/液体界面の研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野新平、三輪一元、関志朗、竹谷純一
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 立教大学
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] High performance OFETs with ionic liquids (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, K.Miwa, S.Seki, and J.Takeya
  • 学会等名: Workshop on Electrical and Electronic Properties in Crystanine Thin Films of Small-Molecules
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2008-12-19
• [学会発表] Organic Field-Effect Transistors with Ionic Liquids (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, K.Miwa, S.Seki, and J.Takeya
  • 学会等名: Joint Symposium on Gate Dielectric Materials
  • 発表場所: ミネソタ大学
  • 年月日: 2008-10-29
• [学会発表] Low-power and fast-switching organic field-effect transistors with ionic liquids (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, K.Miwa, S.Seki, R.Hirahara, Y.Tominari, J.Takeya
  • 学会等名: 2008 Joint Symposium on Molten Salts
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2008-10-22
• [学会発表] Application of ionic liquids to organic electronics (2008)
  • 著者名/発表者名: J.Takeya, R.Hirahara, Y.Tominari, S.Ono, S.Seki, and K.Miwa
  • 学会等名: 2008 Joint Symposium on Molten Salts
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2008-10-20
• [学会発表] イオン液体を用いた高性能有機単結晶FET (2008)
  • 著者名/発表者名: 小野新平、三輪一元、関志朗、平原律雄、富成征弘、竹谷純一
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 盛岡大学
  • 年月日: 2008-09-22
• [学会発表] Low-power and fast-switching organic field-effect transistors with ionic liquids (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, K.Miwa, S.Seki, R.Hirahara, Y.Tominari, and J.Takeya
  • 学会等名: International Symposium on Organic Transistors and Functional Interfaces
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2008-08-22
• [学会発表] Softening of the Charge Transfer Gap upon Doping in High-T_c Cuprates Iuferred from the Hall Coefficient Measured up to 1000K (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono^1 Seiki Komiya, Xuefeng Sun, Yoichi Ando
  • 学会等名: International Workshop on Strongly Correlated Electron Systems
  • 発表場所: 中国科学技術大学
  • 年月日: 2008-06-21
• [産業財産権] 電界効果トランジスタ (2008)
  • 発明者名: 小野新平、関志朗
  • 権利者名: (財)電力中央研究所
  • 産業財産権番号: 特許権,特願2008-259019
  • 出願年月日: 2008-10-03
• [産業財産権] 電界効果トランジスタ (2008)
  • 発明者名: 小野新平、関志朗
  • 権利者名: (財)電力中央研究所
  • 産業財産権番号: 特許権,特願2008-259020
  • 出願年月日: 2008-10-03
• [産業財産権] 電界効果トランジスタ、電界効果トランジスタの製造方法、中間体及び第2中間体 (2008)
  • 発明者名: 小野新平、竹谷純一、関志朗
  • 権利者名: 電力中央研究所、科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 国際出願PCT/JP2008/0657
  • 出願年月日: 2008-09-01
  • 外国