その場観察法を用いた有機半導体薄膜の成長メカニズムの解明

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安価で大面積に有機トランジスタを作製する手法として、有機半導体材料を溶かした有機溶媒をインクとして基板に溶液を塗布し、チャネル層となる有機半導体薄膜を製膜する研究が進められているが、実用化のためにはトランジスタのキャリア移動度の向上が必要である。移動度の低下を招く要因の一つに、ゲート絶縁膜の表面でトラップされる要因が挙げられるが、キャリアトラップを抑制するためには、界面トラップ密度が低い絶縁膜を用いることが効果的である。しかし、一般的にそのような表面は疎水性であるために、有機薄膜の原料となる溶液を基板に塗り広げる工程が困難になる。そこで、今年度は、疎水基板上に塗布された溶液の挙動を制御する目的で、デバイス性能には影響を与えない場所を局所的に親水化した。その親水/疎水パターニングを施した基板上の溶液の挙動と結晶成長の様子をその場観察法で観察した。具体的には熱酸化膜付きシリコン基板表面をhexamethyldisilazaneで改質し、疎水性にした後、対角線が800μmの正六角形の頂点に直径150μmの6つの穴が開口されたメタルマスクを基板表面に接触させ、UV/オゾン処理を行うことで親水/疎水パターニングを基板表面に形成した。その後、溶液をインクジェット法により、そのパターンの中心部に塗布し、塗布から溶媒が観察し、製膜される様子をカメラで観察した。その結果、局所的に親水化された部分は液摘を基板に吸着するような効果があることが分かり、適切な量の溶液を塗布することにより、溶液は6つの親水部で安定化され、親水/疎水パターニングのデザインにより溶液の制御ができることが明らかになった。また、安定化される間に製膜が進み、疎水部分に製膜が行えることが確認できた。