2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the initial processes of organic graphoepitaxy at the molecular level
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15K04674
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
池田 進 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (20401234)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / グラフォエピタキシー / 分子動力学シミュレーション / 面内配向 / セクシチオフェン / ペンタセン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフォエピタキシーは、基板表面にリソグラフィー等で人工的に作製した微細構造（周期的溝構造など）に対して面内配向した結晶薄膜が成長する疑似的なエピタキシー現象である。この現象が有機分子系でも起こることを本研究課題実施者が2006 年に世界で初めて報告したが、この現象を有機半導体デバイスの性能向上に結び付けるためには分子レベルのメカニズム解明が必要であり、本研究課題では、分子動力学（MD）シミュレーションを駆使して分子レベルの素過程を解明する研究に取り組んだ。具体的には、富士通社が開発したMDシミュレーションシステムSCIGRESS MDを導入、溝のある基板（アモルファスシリカ）のモデルを作成し、その表面をヒドロキシ基やトリメチルシロキシ基で修飾、更に溝の内部に有機半導体であるセクシチオフェン（6T; C24H16S6）やペンタセン（C22H14）の分子を数十～数百個配置、あるいは１分子ずつ最大400分子発生させ、溝の中での分子挙動を解析した。まず、MDの有機半導体分子への適用可能性を確認するため、ヘリンボーン構造を呈する6T、およびペンタセンの結晶構造をMDシミュレーションで概ね再現できることを確認した。次に、表面修飾が異なる場合の6T分子の挙動（溝壁面に対する配向）をシミュレーションで比較し、溝壁面の方向と6T結晶のc軸のなす角が実験と同じ0°、約45°、90°の3方位あることを確認したが、親水性、疎水性の場合で、それら３方位成分の量比が異なるという実験観測事実に関しては、MDでは完全には説明できないという問題点も明らかになった。分子の発生・堆積過程まで含めた総合的シミュレーションには主にペンタセンを用い、実験と調和的な面内配向を示すグラフォエピタキシャル成長をシミュレートすることに成功し、本研究課題の目標を、分子レベル素過程の全容をMDによって可視化することで達成した。
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