| 研究課題/領域番号 |
25288091
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
岡本 敏宏 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
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| 研究分担者 |
三津井 親彦 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任助教 (00615346)
竹谷 純一 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (20371289)
植村 隆文 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任講師 (30448097)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | パイ電子系材料 / 有機半導体 / 高移動度 / 高熱耐久性 / 塗布プロセス |
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| 研究概要 |
本研究では高性能かつ高熱デバイス耐久性塗布型有機半導体の開発をめざし，申請者の独自の分子設計指針により開発した典型元素架橋屈曲型パイ電子系コアであるＶ字型およびＶ字型の拡張系であるＮ字型分子群の合成，基礎物性測定，および半導体特性評価を行った．硫黄架橋Ｖ字型およびＮ字型分子群はこれまでの研究ですでに開発済みの手法を用いて合成を行い，無置換体およびアルキル鎖長と位置の異なる各種誘導体を得た．酸素架橋体は酸素類縁体よりも簡便に合成可能であった．得られた誘導体の集合体構造を明らかにするために単結晶構造解析を行ったところ，Ｖ字型分子群に関しては，元素の種類やアルキル鎖長と位置に関わらず，２次元伝導に有利なヘリングボーン構造を形成しているのに対して，屈曲部位を２カ所持つＮ字型分子群は元素の種類により違いが見られ，酸素架橋体はすべてヘリングボーン構造，硫黄架橋体はアルキル鎖長と位置の影響を受け，さまざまな構造を形成することがわかった．特にデシル基を導入したＮ字型硫黄架橋体１は理想的なヘリングボーン構造を形成することがわかった．得られた一連の化合物は熱的かつ化学的に安定性が高いことがわかった．アルキル鎖を導入した誘導体は一般的な有機溶剤でトルエンやクロロホルムに対して印刷プロセス可能な溶解性を示した．半導体特性評価を行ったところ，移動度は蒸着膜デバイスで最高6.5 cm2/Vs, 独自の塗布結晶化法で作製した塗布膜を用いたデバイスで最高16 cm2/Vsの世界最高レベルの値を実現した．さらに，デバイスでの熱ストレス試験を行ったところ，特に化合物１は塗布可能な半導体として世界最高の200度まで安定に駆動する有機半導体材料であることを明らかとした．
また，他の元素を導入したセレン架橋Ｖ字型およびＮ字型分子群のための合成法の開発にも成功し，次年度以降で得られたセレン架橋体の詳細な検討を進める予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度の研究実施計画は，①酸素，硫黄架橋Ｖ字型およびＮ字型の各種誘導体の合成，② ①で得られた化合物群の基礎物性評価，③単結晶構造解析による集合体構造の理解，④蒸着膜および単結晶膜トランジスタによる半導体特性評価 であり，おおむね計画通りに研究が進捗している，特にデシル鎖を導入した硫黄架橋Ｎ字型分子は高移動度かつ高熱耐久性を有する塗布可能な有機半導体材料の開発に成功し(Adv. Mater. accepted)，計画以上に大きく進展した．
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は一連のカルコゲン（酸素，硫黄，セレン）架橋Ｖ字型，Ｎ字型分子群の合成法を確立し，各種誘導体の合成を達成した．特に硫黄架橋Ｖ字型とＮ字型分子の基礎物性と半導体特性評価に主眼をおき，Ｎ字型硫黄架橋体に関しては計画以上の成果を得た．次年度以降は初年度で合成済みの他の酸素およびセレン架橋体の基礎物性，集合体構造解析および半導体特性評価を進め，元素が及ぼす電子的や幾何学的効果を詳細に検討する．得られる知見に基づき，初年度に実現した有望な有機半導体材料のさらなる高性能化に取り組む．
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