| 研究課題/領域番号 |
21K14699
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
東野 寿樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30761324)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 有機トランジスタ / 有機半導体 / ２分子膜構造 / 層状分子配列制御 / 非対称分子 / 非対称置換 / 極性構造 / 偶奇効果 |
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| 研究実績の概要 |
全塗布プロセス適応性を備える塗布型有機半導体材料の開発に向け，本年度は主に，２分子膜構造の層状分子配列制御の観点から，拡張パイ電子骨格をベースとした非対称置換型の新規物質開発に取り組んだ．
まず，昨年度開発した材料について，非対称置換基のうち片側をフェニル基からトリル基に替えた誘導体を合成した．これにより，もう片側のアルキル基の炭素数（9~12）の偶奇性に応じて，非対称分子がhead-to-head (tail-to-tail)型に接触する２分子膜構造と，head-to-tail型に接触する極性構造の２種類の分子配列を制御できることが明らかになった．両構造において，面内方向では同種置換基どうしと拡張パイ電子骨格どうしが互いに隣接するヘリンボーン分子配列を構築しており，優れた層状結晶性と最大12 cm2/Vsの高移動度を示した．計算科学的アプローチにより，この偶奇性にもとづく結晶構造転換が層間方向のアルキル末端の伸長方向の違いにもとづく分子間相互作用の変調に起因することを確認し，このような分子構造的特徴が，２分子膜構造と極性構造を制御するための指導原理になることを見いだした．トリル体の溶媒溶解性はフェニル体に比べて1.5倍ほど向上する一方で，トリル体の結晶相は200 ℃前後まで安定で，フェニル体と同等の耐熱性を示すなど，塗布プロセス性の改善につながる結果が得られている．
また，トリル基のアルキル部分を変調させることで，層間方向に加えて面内方向の極性も転換できることを確認しており，層状分子配列の新たな制御手法を見いだしつつある．
一方，重ね塗り耐性を向上させる手法についても，溶媒溶解性を制御可能な材料として，２分子膜構造の構造自由度に外部刺激応答性を組み込んだ新規分子を設計し，合成・評価を進めている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新規物質の開発に成功し，その結晶構造解析ならびに半導体特性評価により，本研究課題の鍵となる２分子膜構造の制御に関する知見を得ることができ，また，本研究課題の目的である塗布プロセス性の改善につながる知見を得ることができたから
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度得られた成果にもとづき，優れた塗布成膜性と半導体特性を兼ね備えた有機半導体材料群の物質開発をさらに展開していく予定である．２分子膜構造の構造自由度を活用して，外部刺激応答を組み合わせた塗布プロセス性の改善手法の開発，および層状分子配列の制御手法の開発に取り組む．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルスの流行および半導体不足に伴い，予定していた旅費や物品費の使用がなかったことで次年度使用額が生じた．余剰分は，実験に必要な物品購入費および成果発表のための学会旅費に充てる．
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