単一の有機半導体材料でのｐ型ｎ型パターニングによる集積回路作製

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22350084
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 青山 哲也 独立行政法人理化学研究所, 内山元素化学研究室, 専任研究員 (50342738)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 有機半導体素子 / 有機トランジスタ / チエノキノイド / 量子化学計算

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、溶液プロセスで成膜可能な単一の有機半導体でありながら、加熱処理などによって電荷輸送特性の電荷タイプ(p型、n型、両極性型)を変換できるチエノキノイド化合物QQT(CN)4について研究しています。本年度は、pn変換の機構解明に加えて、簡便な溶液プロセスで針状単結晶のトランジスタを開発に取り組みました。QQT(CN)4のクロロホルム溶液をキャストし、ゆっくり揮発させることで、自発的に針状単結晶ができることが分かりました。それをヘキサンに分散させてSi基板に滴下することでトランジスタを作製しました。その結果、溶液プロセスによる1次元的結晶では最高となる両極性型の電荷移動度(ホール：0.4 cm2/Vs、電子：0.5 cm2/Vs)が得られました。単結晶の電子線回折を測定し、分子の配列方向を解析しました。加えて、量子化学計算により軌道間相互作用などを求めました。その結果、針状結晶の長軸方向には、良好な電荷移動経路があることが分かりました。また、分子数の増加に伴う移動積分の変化を検討した結果、分子が無限に連なった場合でも、QQT(CN)4が両極性型の電荷輸送特性を本質的に有することが明らかになりました。このように、軌道間相互作用と結晶構造との関係から、QQT(CN)4単結晶中の方位と電荷輸送特性について検討することができ、構造物性相関に関わる知見が得られました。
QQT(CN)4のスピンコート膜をラビングしたところ、分子配向膜が得られました。分子長軸がラビング方向に平行に配列し、2色比は4.6に達しました。X線回折による解析結果から、ラビングにより分子の会合状態は乱れるものの、側鎖を介して積み重なっている配列構造は保たれたままに、格子面が回転していることが分かりました。QQT(CN)4が高いフレキシビリティ性を有しているために、直接のラビングにより分子配向膜が得られたと考えられます。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ambipolar organic field-effect transistors based on solution-processed single crystal microwires of a quinoidal oligothiophene derivative (2015)
  • Author(s): J. C. Ribierre, L. Zhao, S. Furukawa, T. Kikitsu, D. Inoue, A. Muranaka, K. Takaishi, T. Muto, S. Matsumoto, D. Hashizume, M. Uchiyama, P. Andre, C. Adachi, T. Aoyama
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 51 Pages: 5836-5839
  • DOI: DOI: 10.1039/c4cc09608h
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Influence of the grain orientation on the charge transport properties of organic field-effect transistors (2014)
  • Author(s): J. C. Ribierre, Y. Yokota, M. Sato, A. Ishizuka, T. Tanaka, S. Watanabe, M. Matsumoto, A. Muranaka, S. Matsumoto, M. Uchiyama, T. Aoyama
  • Journal Title: RSC Adv. Volume: 4 Pages: 36729-36737
  • DOI: DOI: 10.1039/c4ra04964k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 有機半導体材料における分子パッキング制御と光電子デバイスへの応用 (2014)
  • Author(s): 青山哲也
  • Organizer: 平成26年度理研シンポジウム「有機エレクトロニクスの実用化に向けた次世代製造技術」
  • Place of Presentation: 理化学研究所(埼玉県和光市)
  • Year and Date: 2014-12-03
• [Presentation] Control of molecular packing and grain orientation for organic optoelectronic devices (2014)
  • Author(s): T. Aoyama
  • Organizer: The 14th International Symposium on Advanced Organic Photonics (ISAOP-14)
  • Place of Presentation: 大阪大学銀杏会館(大阪府吹田市)
  • Year and Date: 2014-11-05
  • Invited
• [Presentation] フレキシブルなチエノキノイド半導体薄膜におけるラビングによる分子パッキング構造制御 (2014)
  • Author(s): 青山哲也, 横田裕基, 橋爪大輔, 高石和人, 内山真伸, Pascal Andre, 田中利彦, 松本真哉, Jean-Charles Ribierre
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] Analysis of molecular packing and carrier transport in bisazomethine dye derivatives by X-ray diffraction and quantum chemical calculations (2014)
  • Author(s): T. Aoyama, Y. Yokota, B.-S. Kim, T. Tanaka, D. Hashizume, A. Muranaka, M. Uchiyama, J. C. Ribierre, S. Matsumoto
  • Organizer: 22nd International Conference for Science and Technology of Synthetic Metals (ICSM 2014)
  • Place of Presentation: Turku, Finland
  • Year and Date: 2014-07-01