Development of quality N-channel organic transistor using calamitic liquid crystals

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深いLUMOレベルを有する棒状分子として期待されるクリセン構造に窒素原子を複数導入したイソキノイソキノリン（IQIQ）骨格やジベンゾナフチリジン（DBN）骨格にアルキル鎖を置換した液晶性有機半導体材料を検討した。両材料とも液晶相温度でスピンコートを行うことで、平坦な結晶薄膜を容易に作製できることが明らかになった。そこで、熱酸化膜付きシリコンウエハー上に、液晶性IQIQおよび液晶性DBN誘導体を製膜後、ソース・ドレイン電極としてAu電極やCa電極を蒸着しボトムゲート・トップコンタクト構造の電界効果トランジスタを形成した。しかしながら、明確なON電流は流れず、Nチャネル動作には至らなかった。この原因として、空気中の水分や酸素が混入し-3.8eV付近に電子トラップとなる準位が形成されることや、Au電極では仕事関数とIQIQ骨格やDBN骨格のLUMOレベルの差が大きいこと、Ca電極では大気に曝露した際に容易に酸化され低仕事関数の電極として働かないことが考えられた。そこで、製膜中から酸素や水が入り込まないように酸素や水が10ppm以下となるグローブボックス中にて製膜および低仕事関数であるMgAg電極を製膜し、有機電界トランジスタを作製した。しかしながら、グローブボックス中で作製した薄膜においても、Nチャネル動作の実現には至らなかった。MgAg電極の仕事関数(-3.7eV)と有機半導体のLUMOレベル（-3.3eV）には0.4eVの障壁があり、LUMOレベルとのオーミックコンタクトの実現には、さらに低仕事関数の利用が必要であることが示唆された。