| 研究課題/領域番号 |
23760001
|
|---|
| 研究機関 | 独立行政法人理化学研究所 |
|---|
研究代表者 |
松川 健 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツ光源研究チーム, 特別研究員 (60580876)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2013-03-31
|
| キーワード | 有機半導体 / 電場配向 / 電界効果トランジスタ / 有機単結晶 / 誘起双極子 |
|---|
| 研究概要 |
有機電界効果トランジスタ(以下OFET)作製の爆発的な産業展開を実現するためには、基板上に結晶の位置と方位を制御される技術が必要である。有機半導体材料ルブレン結晶は、キャリア移動に高い異方性があるため、各FET領域で同オーダーのキャリア移動度を発現させるためには、結晶の方位を制御させる必要がある。ルブレンは無極性物質であるが、電場印加時では誘起双極子が生じる。平成23年度は、ルブレン微結晶を貧溶媒中に分散させ、電場印加により生じる誘起双極子からの結晶配向を試みた。 気相成長法からルブレン結晶を作製した。μmサイズの結晶数個を、貧溶媒となるルブレン飽和溶液(キシレン溶媒)中へ分散させた後、容器の両端に直流または交流電圧を印加させてルブレン結晶の挙動をレーザー顕微鏡で追跡した。直流電場印加の場合、電気泳動のため回転せずに電極へ引き寄せられた。一方、AC電場(10 Hz, 100 Hz)を印加した際、結晶サイズに依存して所定の閾値電圧により長軸を電場印加方向に向けて回転した。電場印加後（0.64 kV/cm）、ルブレン結晶（サイズ：470 × 65 × 10 μm3）は印加方向に平行に結晶の40°の角度で長軸(b 軸)を配向した。以上より、交流電場印加による有機半導体結晶の配向制御を達成した。 SiO2/Si基盤上に数個のルブレン結晶を配向制御させた後、金電極を蒸着したトップコンタクト型FET素子を作製して真空中でFET特性評価をした。数個の結晶でのFETのキャリア移動度は結晶のb軸方向で0.03～0.07 cm2/Vsであり、ばらつきの少ないFET素子の作製に成功した。本研究で示した結晶軸方位の配向制御技術は、多数の結晶を一度に配向制御可能なことから、大面積基板上へ多数の単結晶OFET素子を作製する技術への応用が期待できる。
|
| 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
本研究の目的は、世界に先駆けて、有機結晶の配向制御を可能とするOFET作製技術開発の構築にある。この当初の実施内容である有機結晶ルブレンの電場印加による配向制御は達成することができた。また、平成24年度実施予定であった電場配方制御された結晶のFET特性評価もすでに達成できた。これらの結果から、有機半導体結晶ルブレンの電場印加による配向制御の現象確認、並びにそのFET素子作製による低ばらつき特性の確認を世界で初めて成功した。一連の研究成果は、平成23年度に国内会議で研究発表(口頭発表)を行った。しかしながら、平成23年度では溶液中からのルブレン結晶作製とその電場応答性を確認する予定であった。初期実験として室温で10 μm-50 μmの微結晶を系内に数十個作製できるような結晶成長条件（温度徐冷速度、濃度）の探索を行ったが、最適な条件導出までには至らなかった。
|
| 今後の研究の推進方策 |
本研究は、微結晶の配向制御と結晶成長を一つの系内で行う点が特徴となっている。平成24年度は、溶液中でルブレン結晶の核発生から結晶成長まで行い、その電場応答性とFET特性評価まで一連のデバイス作製を実施する予定である。初期目標として、数種の無極性溶媒(例えばp-キシレン溶媒)からルブレン微結晶を作製し、結晶の配向性を結晶サイズと電場強度の関係から明らかにする。最終的に、配向後の成長させる結晶サイズは、OFETデバイスの要求を満たす100-500 μmを目指し、その結晶を用いた電気特性評価を行う。1 cm×1 cmの石英セルから大体積系への展開も行い、結晶個数と配向面積の関係も調査予定である。貧溶媒系での結晶作製では大きな準安定領域から核発生時の個数が大量(数百個)であるという問題がある。そのため、多結晶化や電場印加時にはっきりとした効果が得られにくいと考えられる。室温で10 μm-50 μmの微結晶を系内に数十個作製できるような結晶成長条件（温度徐冷速度、濃度）の探索を行う。最終的に、核発生制御可能かつ良好な結晶が作製可能な溶媒を比較検討して、配向制御に適した条件を選択する。
|
| 次年度の研究費の使用計画 |
23年度は、電場印加による結晶配向の原理検証を主に行い、溶液からの結晶成長実験を24年度に繰り越した。そのため、有機溶媒などの消耗品の購入がなく、次年度に繰り越すことにした。有機半導体結晶ルブレンの電場配向制御は達成されているため、次年度は主に溶液からの結晶成長実験に用いる溶媒などの消耗品と学術論文投稿費に予算を用いたい。溶液成長からの電場印加実験では、主に材料費と溶媒費用に多くの予算を使う予定である。また、本研究を論文としてまとめる際、英文校正費及び投稿費に予算を計上する予定である。また、研究がスムーズに進行した場合、次年度末に国際会議参加を予定しており、その旅費として残りを使用したい。
|
