Interface structure control for developing extremely sharp-switching organic semiconductors

用于开发极其急剧开关的有机半导体的界面结构控制

• 批准号: 21H04651
• 负责人: 長谷川 達生
• 金额: $ 26.71万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04651/
• 关键词: 有機半導体; 薄膜トランジスタ; 半導体界面; プリンテッドエレクトロニクス

本研究では、高移動度・低電圧駆動・高急峻スイッチングを同時に示す実用的な塗布型薄膜トランジスタの実現を目指し、有機半導体と絶縁層／電極との界面における高効率なキャリア輸送／注入が両立する機構の解明と、これに適した新規層状有機半導体開発、構造-物性相関の解明、及び革新製膜プロセス開発を行った。前年度の成果を踏まえて、本年度はまず、①金属電極上における極薄半導体層の安定性と経時に伴う構造変性の様相をさらに詳細に調べた。特に経時劣化が確認されたPh-BTBT-Cn系を主な対象に、２分子膜の積層数・電極の表面修飾の有無・封止膜の有無等による挙動について調べた。結果、絶縁層上の有機半導体層には劣化は全く見られないものの、金属電極上では劣化速度が有機半導体層の層厚に依存して進行すること、また保護層により劣化を抑制できることが分かった。またAFM測定・放射光X線回折・可視光偏光吸収測定等により、経時とともに２分子膜構造の再構成が生じていることが明らかになった。また、②新規層状有機半導体開発については、Ph-BTBT-Cnのフェニル基先端にメチル基を付与したpTol-BTBT-Cnを開発し、分子層間の相互作用がメチル基により著しく抑えられる効果を確認した。特に層間相互作用の抑制によって、アルキル鎖の炭素数が偶数の場合に、非対称分子が一様に整列した分子層どうしが、全て向きを同一にして積み重なった新たな極性層状ヘリンボーン構造を構成することが明らかになった。さらに、③層状有機半導体による溶液に絶縁ポリマーを混合するポリマーブレンド法による簡易製膜法の検討を進めた。結果、多結晶薄膜で急峻なスイッチングを示す高性能コプラナー型薄膜トランジスタの開発に成功した。

This study aims to demonstrate the realization of the coating type thin film structure with high mobility, low voltage and high sensitivity, the high efficiency of the interface between the organic semiconductor and the insulating layer/electrode, the understanding of the transport/injection mechanism, the development of a new layered organic semiconductor, the understanding of structure-property correlation, and the development of innovative film formation. The results of the previous year have been improved, and the stability of the extremely thin semiconductor layer on the metal electrode has been adjusted in detail. In particular, the deterioration of Ph-BTBT-Cn system is confirmed by the main object, the number of layers of molecular film, the presence or absence of surface modification of the electrode, the presence or absence of sealing film, etc. As a result, the organic semiconductor layer on the insulating layer deteriorates completely, and the degradation rate on the metal electrode progresses depending on the layer thickness of the organic semiconductor layer, and the degradation of the protective layer is suppressed. AFM measurement, X-ray reflection of radiation, polarized absorption of visible light, etc. 2. The new layered organic semiconductor development, Ph-BTBT-Cn, P-BTBT-C-C-Cn, P-BTBT-C-C- In particular, the number of carbon atoms in the interlayer interaction is even, and the number of carbon atoms in the interlayer interaction is even. A simple method for preparing multilayer organic semiconductors As a result, the rapid development of polycrystalline thin films has shown that high-performance polycrystalline thin films have been successfully developed.

项目成果

アルキル置換有機半導体における層状液晶相の誘発と無溶媒塗布製膜

烷基取代有机半导体层状液晶相的诱导及无溶剂涂膜的形成

• 发表时间: 2023
• 作者: Azami Keishiro;Hirano Naoto;Kimura Jun-Ichi;Chang Qing;Sumino Hirochika;Machida Shiki;Yasukawa Kazutaka;Kato Yasuhiro;二階堂圭，井上悟，長谷川達生
• 通讯作者: 二階堂圭，井上悟，長谷川達生

電荷移動錯体 と 有機半導体 ー 分子間力、および分子配列構造の起源に関して

电荷转移配合物和有机半导体 - 分子间力和分子排列结构的起源

• 发表时间: 2023
• 作者: 村松 謙;中島 裕典;西藤 知子;狩俣 貴大;李 林軍;石川 泰史;伊藤 衡平;長谷川 達生
• 通讯作者: 長谷川 達生

液晶性半導体PE-BTBT-Cnの混合誘起配向秩序化と相競合の解析

液晶半导体 PE-BTBT-Cn 中混合引起的取向有序和相竞争分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 二階堂 圭;井上 悟;東野 寿樹;熊井 玲児;松岡 悟志;荒井 俊人;長谷川 達生
• 通讯作者: 長谷川 達生

層状有機半導体pTol-BTBT-Cnの分子膜積層様式制御と 半導体特性

层状有机半导体pTol-BTBT-Cn分子层堆积模式和半导体性能的控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 荒井 俊人;吉田 海琉;井上 悟;関根 大輝;小柳 恭徳;松原 正和;長谷川 達生
• 通讯作者: 長谷川 達生

モノアルキルBTBT系層状有機半導体の段階的結晶構造最適化と構造起源の解明

单烷基BTBT层状有机半导体的逐步晶体结构优化和结构起源阐明

• 发表时间: 2023
• 作者: Nikaido Kiyoshi;Inoue Satoru;Kumai Reiji;Higashino Toshiki;Matsuoka Satoshi;Arai Shunto;Hasegawa Tatsuo;東野寿樹，井上悟，荒井俊人，都築誠二，長谷川達生;大野亮汰，井上悟，荒井俊人，都築誠二，長谷川達生
• 通讯作者: 大野亮汰，井上悟，荒井俊人，都築誠二，長谷川達生