2023 年度研究成果報告書

分子動力学法による有機半導体の核生成・薄膜成長全過程包括シミュレーション

研究課題

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研究課題/領域番号	21K05205
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分35030:有機機能材料関連
研究機関	東北大学
研究代表者	池田進東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (20401234)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	有機半導体 / 分子動力学シミュレーション / 薄膜 / 核生成 / 結晶成長
研究成果の概要	基板表面における有機半導体の分子吸着、拡散、核生成から薄膜成長に至る全過程を分子動力学（MD）シミュレーションによって再現し、各素過程を支配する物理的要因を包括的に理解することを目指した。基板上で寝た状態にある分子が立った状態に再配向する過程をシミュレーションで再現することが最も難しく、本研究では特にその再現に集中したが、立った分子からなるクラスターを初期構造モデルに配置（寝た分子、分子クラスターと共存）させることで、寝た分子、分子クラスターが立った分子クラスターの影響により立ち上がることを見出した。これにより、再配向過程も含めた全過程包括MDシミュレーションを実現する展望を得た。
自由記述の分野	材料科学、有機半導体、薄膜成長
研究成果の学術的意義や社会的意義	次世代の薄膜トランジスタ用材料として期待される有機半導体には、物質固有のキャリア移動度が無機半導体に比べ小さいという潜在的な問題があるが、薄膜化すると粒界や分子配列の乱れによって移動度は更に小さなものとなる。移動度最大の高品質薄膜を得るためには、核生成・薄膜成長のプロセスを完全に制御する必要があり、その基礎として、核生成・薄膜成長メカニズムを分子レベルで解明、理解することが必須となる。本研究では、有機半導体の核生成・薄膜成長プロセスを分子動力学シミュレーションによって包括的に明らかにし、有機エレクトロニクスによる社会貢献の基盤となる基礎的知見を提供する。