有機電荷移動錯体・半導体の界面制御と有機トランジスタへの展開

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23350061
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 森 健彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60174372)
• キーワード: 有機トランジスタ / 有機伝導体 / 電荷移動錯体 / 有機半導体

研究概要

バルキー置換基をもつ有機半導体として、tert-ブチル基を置換したテトラチアフルバレン(TTF)、ペンタセン、オリゴチオフェンを合成し、その有機トランジスタの特性評価を行なった。TTF、ペンタセンではよい特性は得られなかったが、オリゴチオフェンでは溶解性が向上し、自己集積単分子膜処理なしに無置換体と同程度の特性を実現することができた。有機電荷移動錯体を微粒子にして分散させる方法により有機トランジスタの電極とし、これまでの蒸着法ではつくれなかった、無機対イオンを含むカチオンラジカル塩・アニオンラジカル塩を電極とする有機トランジスタを作成した。カチオンラジカル塩・アニオンラジカル塩のどちらを電極とした場合も、ペンタセンやオリゴチオフェンにはホールが注入されてp型動作が見られ、C_<60>には電子が注入されてn型動作が見られた。マイナス電荷をもつアニオンラジカル塩からプラス電荷をもつホールが注入されたり、プラス電荷をもつカチオンラジカル塩からマイナス電荷をもつ電子が注入されるのは驚くべきことであるが、これらの有機伝導体が金属的伝導性をもっていると考えると理解することができる。トランジスタ特性がまったくシフトしないことから、金属的電荷移動錯体がいずれも真空レベルから4.8eVのところにフェルミエネルギーをもっていることが示唆される。有機アクセプターであるジシアノキノンジイミン(DCNQI)を活性層とし、インクジェット印刷によってCuI溶液を印刷して電極部分を金属的なDCNQI銅錯体としたセルフコンタクト有機トランジスタを作成し、既報のDCNQIのトランジスタより優れた特性を達成した。DCNQIやTTFなど単純な有機ドナー・アクセプターを蒸着するため、通常より低真空の蒸着を行ない、これらの分子が優れた薄膜トランジスタとなることを実証した。

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

当初の目標であった電荷移動錯体を電極とする有機トランジスタにおいて興味ある知見が得られ、同一の有機伝導体の単体を活性層に、電荷移動錯体を電極に使用するn型のセルフコンタクト有機トンランジスタを実現することができた。

今後の研究の推進方策

今後p型でもインクジェット印刷によって電荷移動錯体を電極にしたセルフコンタクト有機トンランジスタを実現し、シリコンで広く用いられている化学ドーピングのような方法を有機エレクトロニクスでも利用できる技術を確立する。化学ドーピングによって伝導性を実現する電荷移動錯体と、電界効果によって伝導性を賦与する電界効果トランジスタとに通底する伝導機構の解明を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Two-Dimensional Superconductivity in the Layered Organic Superconductor KH-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4] (THF) with Thick Dielectric Insulating Layers (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kawamoto, T.Mori, Y.Takahide, T.Terashima,S.Uji, T.Shirahata, T.Imakubo
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 85 ページ: 041504(6P)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.014504
  • 査読あり
• [雑誌論文] T_c of 11 K Identified for the Third Polymorph of the (BEDT-TTF)_2Ag(CF_3)_4(TCE) Organic Superconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kawamoto, T.Mori, A.Nakao, Y.Murakami, J.A.Schlueter
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 巻: 81 ページ: 023705(4P)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.023705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Injection from Organic Charge-Transfer Salts to Organic Semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kadoya, D.de Caro, K.Jacob, C.Faulmann, L.Valade, T.Mori
  • 雑誌名: J.Mater.Chem. 巻: 21 ページ: 18421(4P)
  • DOI: 10.1039/c1jm12783g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ink-jet Printing of Graphene Nanoribbons for Organic Field-Effect Transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Yu, H.Wada, J.Inoue, S.Imaizumi, Y.Kounosu, K.Tsuboi, H.Matsumoto, M.Ashizawa, T.Mori, M.Minagawa, A.Tanioka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express. 巻: 4 ページ: 115101(3P)
  • DOI: 10.1143/APEX.4.115101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Disordered Polyhalide Anion Effect on the Fermi Surface of the Incommensurate Organic Superconductors (MDT-TSF)I_<0.77>Br_<0.52> (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kawamoto, T.Mori, K.Enomoto, T.Konoike, T.Terashima, S.Uji, H.Kitagawa, K.Takimiya, T.Otusbo
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 84 ページ: 094518(6P)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.094518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dihedral Angle Dependence of Transfer Integrals in Organic Semiconductors with Herringbone Structures (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Kojima, T.Mori
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 巻: 84 ページ: 1049-1056
  • DOI: 10.1246/bcsj.20110176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilization of Organic Field-Effect Transistors by tert-Butyl Groups in Dibenzotetrathiafulvalene Derivatives (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Nagakubo, M.Ashizawa, T.Kawamoto, A.Tanioka, T.Mori
  • 雑誌名: Phys.Chem.Chem.Phys. 巻: 13 ページ: 14370-14377
  • DOI: 10.1039/C1CP21507H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-Dimensional Superconducting Properties of the Organic Superconductor KL-(DMEDO-TSeF)_2[Au(CN)_4] (THF) with Domain Structures (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kawamoto, T.Mori, T.Shirahata, T.Imakubo
  • 雑誌名: J.Phys.Soc.Jpn. 巻: 80 ページ: 054706(4P)
  • DOI: 10.1143/JPSJ.80.054706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Charge-Transfer Salts and the Component Molecules in Organic Transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Mori
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 40 ページ: 428-434
  • DOI: 10.1246/c1.2011.428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fermi Surface and in-Plane Anisotropy of the Layered Organic Superconductor KL-(DMEDO-TSeF)_2 [Au(CN)_4] (THF) with Domain Structures (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kawamoto, T.Mori, Y.Takahide, S.Uji, D.Graf, J.S.Brooks, T.Shirahata, M.Kibune, H.Yoshino, T.Imakubo
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 83 ページ: 012505(4P)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.012505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoparticles of Organic Conductors : Synthesis and Application as Electrode Material in Organic Field Effect Transistors (2011)
  • 著者名/発表者名: D.de Caro, K.Jacob, H.Hahioui, C.Faulmann, L.Valade, T.Kadoya, T.Mori, J.Fraxedas, L.Viau
  • 雑誌名: New J.Chem. 巻: 35 ページ: 1315-1319
  • DOI: 10.1039/C0NJ00858C
  • 査読あり
• [学会発表] Organic Electronics Based on Organic Charge-Transfer Complexes (2011)
  • 著者名/発表者名: 森健彦
  • 学会等名: International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Ferromagnets
  • 発表場所: Gniezno, Poland(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] 有機トランジスタと電荷移動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森健彦
  • 学会等名: 分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-20
• [備考]
  • URL: http://www.op.titech.ac.jp/lab/mori/index.html
• [産業財産権] 有機薄膜トランジスタの製造方法及び有機薄膜トランジスタ (2012)
  • 発明者名: 森健彦、角屋智史
  • 権利者名: 東京工業大学及び住友化学工業
  • 産業財産権番号: 特許出願2012-042066
  • 出願年月日: 2012-02-28