非対称置換ー非対称骨格型有機半導体の開発

有機半導体は、既存の無機半導体では困難な、常温・常圧下で既存の印刷技術を用いて電子デバイスを作製する「プリンテッドエレクトロニクス」を実現するための基本要素となる材料である。中でも剛直なチエノアセン骨格と柔軟なアルキル基が連結した棒状分子有機半導体には、横繋がりの分子層を形成しやすい性質（層状結晶性）があり、キャリア輸送に最適な伝導面を層内方向に沿って構築できることから優れたキャリア輸送特性を示す。本研究ではこのような層状結晶性を有する有機半導体の性能向上を目的に、非対称縮環構造を持つπ電子系骨格に多彩な化学修飾を施した、非対称置換-非対称骨格型の高性能有機半導体の創製を目指す。本年度は、昨年度開発を進めた非対称置換-非対称骨格型有機半導体のデバイス特性の検証、特にアルキル鎖長依存性に関する調査に注力した。中でも、チエノチオフェンに対しベンゼンとナフタレンが左右に縮環することで非対称構造を取るBTNT骨格系では、一連の化合物の結晶構造はアルキル鎖長に依存せず、すべて同形の2分子膜型層状ヘリンボーン構造を形成するにも関わらず、これを用いて作製した単結晶トランジスタの電界効果移動度はアルキル鎖の伸長に応じて顕著な移動度向上効果が確認された。特に、これまでの有機半導体ではあまり用いられることのなかった非常に長いアルキル鎖（n>12）を置換した誘導体では、アルキル鎖の熱揺らぎが大幅に抑制されることで層状結晶性が強化され、世界最高水準の電界効果移動度16cm2/Vsを示す有機単結晶トランジスタを室温で作製可能であることを実証した。以上の成果を応用物理学会、日本化学会にて学会発表を行った（計3件）。

有機半導体は、既存の無機半導体では困難な、常温・常圧下で既存の印刷技術を用いて電子デバイスを作製する「プリンテッドエレクトロニクス」を実現するための基本要素となる材料である。中でも剛直なチエノアセン骨格と柔軟なアルキル基が連結した棒状分子有機半導体には、横繋がりの分子層を形成しやすい性質（層状結晶性）があり、キャリア輸送に最適な伝導面を層内方向に沿って構築できることから優れたキャリア輸送特性を示す。本研究ではこのような層状結晶性を有する有機半導体の性能向上を目的に、非対称縮環構造を持つπ電子系骨格に多彩な化学修飾を施した、非対称置換-非対称骨格型の高性能有機半導体の創製を目指す。本年度は、昨年度開発を進めた非対称置換-非対称骨格型有機半導体のデバイス特性の検証、特にアルキル鎖長依存性に関する調査に注力した。中でも、チエノチオフェンに対しベンゼンとナフタレンが左右に縮環することで非対称構造を取るBTNT骨格系では、一連の化合物の結晶構造はアルキル鎖長に依存せず、すべて同形の2分子膜型層状ヘリンボーン構造を形成するにも関わらず、これを用いて作製した単結晶トランジスタの電界効果移動度はアルキル鎖の伸長に応じて顕著な移動度向上効果が確認された。特に、これまでの有機半導体ではあまり用いられることのなかった非常に長いアルキル鎖（n>12）を置換した誘導体では、アルキル鎖の熱揺らぎが大幅に抑制されることで層状結晶性が強化され、世界最高水準の電界効果移動度16cm2/Vsを示す有機単結晶トランジスタを室温で作製可能であることを実証した。以上の成果を応用物理学会、日本化学会にて学会発表を行った（計3件）。