研究課題
有機半導体結晶の結晶成長を制御し、有機半導体結晶の結晶欠陥と有機薄膜トランジスタ中の伝導特性との関係を明らかにすることにより、有機トランジスタの特性を向上させることを目的とし、有機半導体薄膜の作製と構造及び特性の評価を行った。有機電界効果トランジスタにおいて、電荷キャリアは絶縁膜近傍の有機半導体の数分子層を流れることから、核形成過程を含む薄膜形成初期過程を綿密に調査することは、有機半導体蒸着膜の特性を制御するために重要である。われわれは、有機半導体蒸着膜について、2次元斜入射X線回折(2D-GIXD)により膜の成長過程のリアルタイム測定を行った。その中で、代表的な有機半導体であるペンタセンでは、膜の成長に伴って構造が変化し、また大気に触れることによってその構造変化が加速することを明らかにした。またその構造変化は、不活性ガス分子の窒素またはアルゴンガスの選択的ガスの暴露では行らないことも見出した。極性有機半導体の薄膜を用いた有機トランジスタにおいて、下地基板表面の自己組織化単分子膜処理によって有機薄膜の高品質化を達成し、ホールキャリア移動度の二桁以上の増加を確認した。印刷方式での有機デバイス作製に期待されている可溶性有機半導体の膜成長の観察および強磁場によって発現するモーゼ効果を用いた成膜制御についても検討した。セル中のガス雰囲気を制御することで、TIPS-ペンタセンの結晶サイズを大型化できる可能性を見いだした。溶液成膜とトランジスタ形成の相関を調べるため、成膜中の2D-GIXD測定とトランジスタ動作を同時に行った。この結果、気/液界面で形成した結晶粒が溶媒の蒸発とともに基板に接触し、同時に電流が流れ始める一連の動作の観測が可能であることが分かった。
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