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2012 年度 研究成果報告書

有機電界効果デバイス界面の電子・スピン機能とその制御

研究課題

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研究課題/領域番号 22340080
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅰ
研究機関名古屋大学

研究代表者

黒田 新一  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20291403)

研究分担者 伊東 裕  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10260374)
田中 久暁  名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50362273)
丸本 一弘  筑波大学, 大学院・数理物質科学科, 准教授 (50293668)
下位 幸弘  産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 上級主任研究員 (70357226)
研究期間 (年度) 2010 – 2012
キーワード有機半導体 / 電子スピン共鳴 / 有機電界効果トランジスタ / 非線形素励起 / 導電性高分子 / 理論計算
研究概要

有機トランジスタ(FET)ではデバイス界面でのキャリアの伝導機構や電子・スピン機能が注目されている。本研究では、電子スピン共鳴(ESR)法により FET 界面におけるキャリアのスピンを直接観測し、キャリアダイナミクス、界面分子配向等を決定し、デバイス機能との相関をミクロな観点から解明した。特に高移動度を示すチエノチオフェン系 FET では極低温でもキャリアが明瞭に運動していることをはじめて明らかにした。また超薄膜高分子 FET では主鎖配向と移動度異方性との相関を、またルブレン単結晶 FET では界面の化学修飾の効果を明らかにした。さらに高濃度キャリア注入下では、分子構造に依存したバイポーラロン生成などスピン状態制御の可能性を示すことに成功した。

  • 研究成果

    (41件)

すべて 2013 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (23件) (うち査読あり 22件) 学会発表 (15件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] 有機エレクトロニクス材料・デバイスの ESR 研究2013

    • 著者名/発表者名
      黒田新一
    • 雑誌名

      電子スピンサイエンス

      巻: 第11巻 春号(通号 20) ページ: 30-35

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Balanced Ambipolar Transport of the Composite Film of a Carbazole-Benzothiadiazole Copolymer with a Fullerene Derivative2013

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, T. Iwata, S. Watanabe, and S. Kuroda
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 6 ページ: 051601-1-3

    • DOI

      DOI:10.7567/APEX.6.051601.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Molecular Orientations of Poly(3-hexylthiophene) on Self-Assembled Monolayers: Molecular Dynamics Simulations2013

    • 著者名/発表者名
      S. Obata and Y. Shimoi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys

    • DOI

      DOI:10.1039/C3CP44150D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin resonance observation of charge carrier concentration in organic field-effect transistors during device operation2013

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, M. Hirate, S. Watanabe, K. Kaneko, K. Marumoto, T. Takenobu, Y. Iwasa, and S. Kuroda
    • 雑誌名

      Electron spin resonPhys. Rev. B

      巻: 87 ページ: 045309-1-7

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.87.045309

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron Spin Resonance Study of Organic Interfaces in Ion Gel-Gated Rubrene Single-Crystal Transistors2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Takahashi, M. Tsuji, Y. Yomogida, T. Takenobu, Y. Iwasa, and K. Marumoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 6 ページ: 041603-1-4

    • DOI

      DOI:10.7567/APEX.6.041603

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-dimensional magnetic interactions and magnetism of high-density charges in a polymer transistor2013

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuji, Y. Takahashi, Y. Sakurai, Y.Yomogida, T. Takenobu, Y. Iwasa, and K. Marumoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 ページ: 133301-1-5

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4800550

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variable-Range Hopping Conduction in Ion-Gel-Gated Electrochemical Transistors of Regioregular Poly(3-hexylthiophene)2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Ando, H. Ito, S. Watanabe, and S. Kuroda
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 37 ページ: 114721-1-4

    • DOI

      DOI:10.1143/JPSJ.81.114721

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Arrangements of Regioregular and Regiorandom Poly(3-hexylthiophene): Molecular Dynamics Simulations2012

    • 著者名/発表者名
      S. Obata and Y. Shimoi
    • 雑誌名

      Trans. MRSJ.

      巻: 37 ページ: 311-314

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical ESR g Values in Rubrene and Oligoacenes: Implication to Molecular Orientation at Interfaces in Organic FETs2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimoi, K. Marumoto, and S. Kuroda
    • 雑誌名

      Mol. Cryst. Liq. Cryst.

      巻: 566 ページ: 33-37

    • DOI

      DOI:10.1080/15421406.2012.701113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron Spin Resonance of Thin Films of N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine (NPB) Doped by Iodine Vapor2012

    • 著者名/発表者名
      K. Azuma, D. Son, K. Marumoto, M. Kijima and Y. Shimoi
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 41 ページ: 191-193

    • DOI

      DOI:10.1246/cl.2012.191

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin resonance observation of dehydration-induced spin excitations in quasi-one-dimensional iodo-bridged diplatinum complexes2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, S. Kuroda, H. Iguchi, S. Takaishi, and M. Yamashita
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 85 ページ: 073104-1-5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.85.073104

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電子スピン共鳴法による擬一次元金属錯体および導電性高分子における素励起の研究2012

    • 著者名/発表者名
      田中久暁
    • 雑誌名

      電子スピンサイエンス

      巻: 第10巻 春号(通号 18) ページ: 19-25

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge transport anisotropy due to interfacial molecular orientation in polymeric transistors with controlled in-plane chain orientation2012

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, H. Tanaka, S. Kuroda, A. Toda, H. Tomikawa, S. Nagano, and T. Seki
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 5 ページ: 021602-1-3

    • DOI

      DOI:10.1143/APEX.5.021602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of field-induced charge carriers in high-mobility organic transistors of a thienothiophene-based small molecule: Electron spin resonance measurements2011

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, M. Kozuka, S. Watanabe, H. Ito, Y. Shimoi, K. Takimiya, S. Kuroda
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 84 ページ: 081306-1-4

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.84.081306

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quadrimolecular Recombination of Persistent Photocarriers in Surface-Type Photocells of Regioregular Poly(3-hexylthiophene)/Methanofullerene Composites2011

    • 著者名/発表者名
      H. Ito, Y. Nishikawa, J. Suzuki, A. Suzuki, S. Watanabe, H. Tanaka, H. Kishida, A. Nakamura, S. Kuroda
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 50 ページ: 091602-1-4

    • DOI

      DOI:10.1143/JJAP.50.091602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron Spin Resonance Study of Interface Trap States and Charge Carrier Concentration in Rubrene Single-Crystal Field-Effect Transistors2011

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuji, N. Arai, K. Marumoto, J. Takeya, Y. Shimoi, H. Tanaka, S. Kuroda, T. Takenobu, Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 4 ページ: 085702-1-3

    • DOI

      DOI:10.1143/APEX.4.085702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 国立研究所は今 産業技術総合研究所 有機デバイス材料・オプトエレクトロニクスに対する理論展開2011

    • 著者名/発表者名
      下位幸弘、関和彦、今村裕志
    • 雑誌名

      O plus E

      巻: 23 ページ: 630-633

  • [雑誌論文] Direct determination of interfacial molecular orientations in field-effect devices of P3HT/PCBM composites by electron spin resonance2011

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, H. Tanaka, H. Ito, S. Kuroda, T. Mori, K. Marumoto, and Y. Shimoi
    • 雑誌名

      Org. Electr.

      巻: 12 ページ: 716-723

    • DOI

      DOI:10.1016/j.orgel.2011.01.024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic mechanisms behind the high mobility in rubrene single-crystal transistors as revealed by field-induced electron spin resonance2011

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto, J. Takeya, Y. Shimoi, H. Tanaka, S. Kuroda, T. Takenobu and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 83 ページ: 075302-1-6

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.83.075302

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tight-Binding Study of Polarons in Two-Dimensional Systems: Implications for Organic Field-Effect Transistor Materials2011

    • 著者名/発表者名
      Jie Lei, Y, Shimoi
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 80 ページ: 034702-1-7

    • DOI

      DOI:10.1143/JPSJ.80.034702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron spin resonance observation of field-induced charge carriers in ultrathin-film transistors of regioregular poly(3-hexylthiophene) with controlled in-plane chain orientation2010

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe, H. Tanaka, S. Kuroda, A. Toda, S. Nagano, T. Seki, A. Kimoto, J. Abe
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 96 ページ: 173302-1-3

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3421538.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quadrimolecular recombination kinetics of photogenerated charge carriers in the composites of regioregular polythiophene derivatives and soluble fullerenes2010

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka, Y. Yokoi, N. Hasegawa, S. Kuroda, T. Iijima, T. Sato, T. Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 107 ページ: 083708-1-9

    • DOI

      DOI:10.1063/1.3380839.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preferable Molecular Orientation of Poly(3-hexylthiophene) on Self-Assembled Monolayers: Molecular Dynamics Simulation

    • 著者名/発表者名
      S. Obata and Y. Shimoi
    • 雑誌名

      Mol. Cryst. Liq. Cryst.

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [学会発表] 高移動度有機トランジスタ中のキャリア ESR 観測2013

    • 著者名/発表者名
      黒田新一
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学(滋賀県)
    • 年月日
      2013-03-24
  • [学会発表] Photocurrent of Polymer/fullerene Composites in Surface-Type Photocells2012

    • 著者名/発表者名
      H. Ito
    • 学会等名
      BIT's 2nd Annual World Congress of Nanoscience and Nanotechnology
    • 発表場所
      Qingdao, China.
    • 年月日
      20121026-28
  • [学会発表] ESR Observations of Charge Carrier Dynamics in Thienothiophene-Based High-Mobility Transistors2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka
    • 学会等名
      8th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium (APES2012)
    • 発表場所
      Beijing (China)
    • 年月日
      20121011-15
  • [学会発表] Variable-Range Hopping Transport in Ion Gel-Gated Electrochemical Transistors of Regioregular Conjugated Polymers2012

    • 著者名/発表者名
      H. Ito
    • 学会等名
      IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
    • 発表場所
      横浜(神奈川県)
    • 年月日
      20120923-28
  • [学会発表] Charge transport and ESR spectroscopy in organic semiconductors2012

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 学会等名
      OFET 2012: an International Symposium on Fundamental Electronic Processes in Organic Semiconductors and Functional Interfaces
    • 発表場所
      Princeton Doubletree (米国)
    • 年月日
      2012-10-30
  • [学会発表] Microscopic Characterization of Printable Low Voltage Electrolyte Gated Transistors by Electron Spin Resonance2012

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 学会等名
      The 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2012)
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 年月日
      2012-09-06
  • [学会発表] ESR Observation of Low-Temperature Carrier Dynamics in High-Mobility Organic Transistors ofa Thienothiophene-Based Small Molecule C_8-BTBT2012

    • 著者名/発表者名
      H. Tanaka
    • 学会等名
      The 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2012)
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 年月日
      2012-09-06
  • [学会発表] ESR Studies of Charge-Carrier g-values and Interfacial Molecular Orientation in High-Mobility Organic Transistors2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      The Second International Symposium on Electron Spin Science (ISESS)
    • 発表場所
      仙台(宮城県)
    • 年月日
      2012-07-24
  • [学会発表] Direct Observation of Charge Carrier Concentration in Operating Organic Transistors by Electron Spin Resonance2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM2012)
    • 発表場所
      アトランタ(米国)
    • 年月日
      2012-07-11
  • [学会発表] Theoretical ESR g Values in Rubrene and Oligoacenes: Implication to Molecular Orientation at Interfaces in Organic FETs2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimoi
    • 学会等名
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics (KJF-ICOMEP 2011)
    • 発表場所
      Hotel Hyundai(韓国・慶州)
    • 年月日
      20110915-18
  • [学会発表] Theoretical Aspects of Structural and Electronic Properties in Organic Thin-Film Device Materials2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimoi
    • 学会等名
      5th International Conference on Thin Films (ICTF-15)
    • 発表場所
      京都テルサ(京都府)
    • 年月日
      2011-11-10
  • [学会発表] Direct Determination of the In-Plane Chain Orientation in Charge Accumulation Layer of Regioregular Poly(3-hexylthiophene) Monolayer Transistors by ESR2010

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      7th Asia-Pacific EPR/ESR Symposium (APES2010)
    • 発表場所
      済州島、韓国
    • 年月日
      2010-10-12
  • [学会発表] ESR Spectroscopy of Field-Induced Charge Carriers in Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      13th International Conference on Organized Molecular Films (LB13)
    • 発表場所
      Quebec, Canada
    • 年月日
      2010-07-21
  • [学会発表] ESR Observations of Charge Carriers in Regioregular Poly(3-hexylthiophen) Field-Effect Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM2010)
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都)
    • 年月日
      2010-07-06
  • [学会発表] ESR Observations of Field-Induced Polarons on Ultrathin-Film Transistors of Poly(3-hexylthiophene) with In-Plane Preferential Chain Orientations2010

    • 著者名/発表者名
      S. Watanabe
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM2010)
    • 発表場所
      京都国際会議場(京都)
    • 年月日
      2010-07-06
  • [図書] "Electron Spin Resonance of Organic Devices", in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (second edition), ed. H. S. Nalwa2011

    • 著者名/発表者名
      S. Kuroda and K. Marumoto
    • 総ページ数
      481-496
    • 出版者
      American Scientific Publishers, California
  • [備考] 受賞1) 田中久暁、平成 23 年度電子スピンサイエンス学会(SEST)奨励賞 (電子スピン共鳴法による擬一次元金属錯体および導電性高分子における素励起の研究)

  • [備考]

    • URL

      http://www.nuap.nagoya-u.ac.jp/~kurodalab/ESRdevice/ESRdevice-index.htm

URL: 

公開日: 2014-08-29  

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