有機半導体におけるキャリア散乱機構の解明と高移動度化への展開

有机半导体中载流子散射机制的阐明和更高迁移率的发展

• 批准号: 19K15652
• 负责人: 鶴見 淳人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15652/
• 关键词: 有機半導体; 低周波ラマン分光; ラマン分光

高移動度有機半導体の単結晶は高い並進対象性を有するために伝導キャリアの波動関数が多数の分子に非局在しており、バンド伝導的な電気伝導が実現している。それらの材料においては、キャリアの平均自由行程が格子定数と同等であるために、単結晶の無機半導体と比較して低移動度が低い。本研究では、有機半導体の移動度を限定しているフォノンモードを調べるために低周波ラマン分光測定を利用した研究を行った。高移動度有機半導体の代表的な材料であるルブレンにおいて、基板を曲げることで結晶に一軸的な歪みを印加した。ルブレンの移動度は結晶に圧縮性の歪みを印加するにつれ移動度が増加することが確認された。一方で同様の一軸性歪み下において低周波ラマン分光測定を行うと、室温以下のエネルギー領域における光学フォノンモードの固有振動数が変化していることが確認された。このことから有機半導体の移動度を決定づける要因として低周波の格子モードのフォノン散乱の寄与が大きいことが示唆された。さらに、ブリックワーク構造を有する別の新規有機半導体においては、圧縮性の歪みを加えるにつれ移動度が減少する負の歪み効果が確認された。この有機半導体の分子配列は、一般的なヘリングボン構造の有機半導体と比較して分子が斜めに配列している。そのために有機半導体に歪みを加えた際に分子が基板面外方向に回るように結晶構造が変化したのだと、歪み下の結晶構造をDFTで計算した結果から分かった。有機半導体単結晶の歪み効果は 歪み下の分子振動エネルギーの変調が大きな要因であり、変調の度合いは結晶中の空間的な分子パッキングに由来すると考えられる。更に本材料においても低周波ラマン分光測定を行った結果、一般的な材料とはフォノンのエネルギーが逆向きに変化したことから、キャリアのフォノン散乱が移動度を定めている主要因であることが裏付けられた。

High mobility organic semiconductors are highly crystalline and have high conductivity. The ratio of conductivity to conductivity is related to the presence of electrical conductivity in most molecules. The average free path of the material is relatively low. In this study, the mobility of organic semiconductors is limited to the use of low-frequency spectroscopy. High mobility organic semiconductors are representative of materials such as silicon, silicon, and silicon. The mobility of the crystal is increased. The natural vibration number of the optical fiber in the field below room temperature is changed. The mobility of organic semiconductors depends on the low frequency of the lattice. The new organic semiconductor structure has been confirmed to increase the pressure and mobility of the organic semiconductor. The molecular arrangement of organic semiconductors is generally different from that of organic semiconductors with different structures. The results of DFT calculations for organic semiconductors are as follows: Organic semiconductor crystals are characterized by molecular vibration and modulation in the crystal space. The main reason for this change is that the material has a low frequency spectrum.

项目成果

単結晶有機半導体・ポリマー界面における 化学ドーピングとESR による評価

单晶有机半导体/聚合物界面的化学掺杂和 ESR 评估

• 发表时间: 2020
• 作者: 鶴見淳人;山下侑;岡本敏宏;渡邉峻一郎;竹谷純一
• 通讯作者: 竹谷純一

高移動度有機単結晶の一軸歪み下 テラヘルツラマン分光による分子間振動の観測

高迁移率有机单晶单轴应变下太赫兹拉曼光谱观察分子间振动

• 发表时间: 2019
• 作者: 鶴見淳人;窪孝祥;石井宏幸,岡本敏宏;渡邉峻一郎;竹谷純一
• 通讯作者: 竹谷純一

Scalable Fabrication of Organic Single-Crystalline Wafers for Reproducible TFT Arrays

• DOI: 10.1038/s41598-019-50294-x
• 发表时间: 2019-11-04
• 期刊: SCIENTIFIC REPORTS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Kumagai, Shohei;Yamamura, Akifumi;Takeya, Jun
• 通讯作者: Takeya, Jun

Efficient molecular doping of polymeric semiconductors driven by anion exchange

• DOI: 10.1038/s41586-019-1504-9
• 发表时间: 2019-08
• 期刊: Nature
• 影响因子: 64.8
• 作者: Yu Yamashita;J. Tsurumi;M. Ohno;Ryo Fujimoto;S. Kumagai;Tadanori Kurosawa;T. Okamoto;J. Takeya;S. Watanabe

High-performance, semiconducting membrane composed of ultrathin, single-crystal organic semiconductors

• DOI: 10.1073/pnas.1909932116
• 发表时间: 2020-01-07
• 期刊: PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
• 影响因子: 11.1
• 作者: Makita, Tatsuyuki;Kumagai, Shohei;Takeya, Jun
• 通讯作者: Takeya, Jun