完全室温印刷による超高移動度有機トランジスタ

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26286040
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 三成 剛生 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 独立研究者 (90443035)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: プリンテッドエレクトロニクス / フレキシブルエレクトロニクス / 有機トランジスタ / 有機半導体

研究実績の概要

完全常温塗布プロセスによってチャネル長1ミクロンの短チャネル有機TFTを形成する基盤技術を確立した。常温導電性金ナノ粒子を電極材料に用いて、大気下での完全塗布プロセスによる素子作製を達成し，プラスチック基板上に素子を形成した。ソース・ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極の4層を、完全にパターニングした上で積層した。室温印刷プロセスによって熱による基板の変形を完全に抑制することができるため，プラスチック基板上にも正確に印刷することができる。各素子間が完全に分離されているため、素子間のクロストークやリーク電流といった問題が解決できる。
平行光VUVを用いた表面選択塗布法によって解像度1ミクロンの印刷電極を形成し、短チャネル有機TFTのソース・ドレイン電極として用いた。トップゲート電極も同様に1ミクロンの解像度で印刷可能であるため、従来は難しかったゲートオーバーラップ長も正確に制御することに成功した。形成した短チャネル有機TFTは、チャネル長1ミクロンで移動度0.3 cm2 V-1 s-1、チャネル長5ミクロンで移動度1.5 cm2 V-1 s-1と見積もられた。
本プロジェクトで開発した表面選択塗布法と焼成フリー金属ナノインクを用いた室温プリンテッドエレクトロニクス技術は、フォトリソグラフィに匹敵する解像度を有し、さらに1度の昇温も必要としない、究極の半導体素子・電子回路形成技術である。大気下・室温での電子デバイス塗布技術は世界でも全く例のない試みであり，将来的には室温Roll-to-Rollによって次世代フレキシブルエレクトロニクスを製造する基盤技術となり得る。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Dongguk University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Dongguk University
• [国際共同研究] Sun Yat-sen University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Sun Yat-sen University
• [雑誌論文] Spatially Uniform Thin-Film Formation of Polymeric Organic Semiconductors on Lyophobic Gate Insulator Surfaces by Self-Assisted Flow-Coating (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Bulgarevich, K. Sakamoto, T. Minari, T. Yasuda, K. Miki
  • 雑誌名: ACS Applied Materials and Interfaces 巻: 9 ページ: 6237
  • DOI: 10.1021/acsami.6b15398
• [雑誌論文] Generating one-dimensional micro- or nano-structures with in-plane alignment by vapor-driven wetting kinetics (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, X. Liu, Y. Xu, H. Sun, Y. Li, Y. Shi, M. V. Lee, T. Yamada, T. Hasegawa, Y.-Y. Noh, T. Minari
  • 雑誌名: Materials Horizons 巻: 4 ページ: 259
  • DOI: 10.1039/C6MH00411C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra-high-resolution printing of flexible organic thin-film transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanehara, C. Liu, T. Minari
  • 雑誌名: Journal of Information Display 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of molecular ordering in active layer on organic thin-film transistor performance (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kano, T. Minari, K. Marumoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 030301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Solution Patterning for Organic Thin-Film Transistors: Toward Fully Printed Electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanehara, A. Yaguchi, T. Minari
  • 雑誌名: AAPPS Bulletin 巻: 26 ページ: 3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous Patterning of High-Resolution Electronics via Parallel Vacuum Ultraviolet (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanehara, C. Liu, K. Sakamoto, T. Yasuda, J. Takeya, T. Minari
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 28 ページ: 6568
  • DOI: 10.1002/adma.201506151
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-assembling diacetylene molecules on atomically flat insulators (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Verveniotis, Y. Okawa, M. Marina Vadimovna, Y. Koide, J. Liu, B. Smid, K. Watanabe, T. Taniguchi, K. Komatsu, T. Minari, X.Y. Liu, C. Joachim, M. Aono
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 ページ: 31600
  • DOI: 10.1039/C6CP06749B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal diffusion-limited injection and the hook effect in organic thin-film transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, G. Huseynova, Y. Xu, D. X. Long, W.-T. Park, X. Liu, T. Minari, Y.-Y. Noh
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 29811
  • DOI: 10.1038/srep29811
  • 査読あり
• [学会発表] 室温プリンテッドエレクトロニクスによる短チャネル有機トランジスタの形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生、Xuying Liu、金原正幸
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Polymer-based organic field-effect transistor arrays fabricated on highly hydrophobic gate insulator surfaces by flow-coating (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Bulgarevich, K. Miki, K. Sakamoto, T. Minari, T. Yasuda
  • 学会等名: 12th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2016-12-14 – 2016-12-16
  • 国際学会
• [学会発表] 印刷技術を使った電子回路の形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生
  • 学会等名: 進化するナノインクと先端デバイス技術
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2016-12-12 – 2016-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of High Resolution Electronics via Solution Self-Assembly (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Minari
  • 学会等名: Nano Science and Technology-2016
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2016-10-26 – 2016-10-28
  • 国際学会
• [学会発表] フロー・コート法で作製したpBTTT-C16膜の電荷輸送特性の面内均一性 (2016)
  • 著者名/発表者名: Bulgarevich Kirill、坂本謙二、三成剛生、安田剛、三木一司
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-09-16 – 2016-09-16
• [学会発表] High-Resolution Printing of Flexible Organic Thin-Film Transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: X.Y. Liu, Masayuki Kanehara, Chuan Liu, T. Minari
  • 学会等名: ICFPE2016
  • 発表場所: 山形
  • 年月日: 2016-09-06 – 2016-09-08
  • 国際学会
• [学会発表] 液晶性高分子-有機トランジスタの素子特性のばらつき評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂本謙二、Bulgarevich Kirill、三成剛生、安田剛、三木一司
  • 学会等名: 2016年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 弘前
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-07
• [学会発表] Spontaneous Patterning of High-Resolution Electronics by Fluidic Self-Assembly (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanehara, T. Minari
  • 学会等名: KJF-ICOMEP 2016
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-High-Resolution Printing of Organic Thin-Film Transistors (2016)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, M. Kanehara, C. Lilu, T. Minari
  • 学会等名: The 16th International Meeting on Information Display
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2016-08-23 – 2016-08-26
  • 国際学会