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

使用棒状液晶开发优质N沟道有机晶体管

基本信息

批准号：
20K05644
负责人：
飯野裕明
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05644/
关键词：
Nチャネル有機トランジスタ液晶性有機半導体液晶性IQIQ誘導体液晶性DBN誘導体液晶性ペリレンジイミド誘導体液晶性ジアルキルBTBT誘導体電荷移動錯体 Nチャネルトランジスタ溶液プロセス有機トランジスタ棒状液晶材料 Nチャネル

项目摘要

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。

A rod-like molecule with a deep LUMO structure is expected to be introduced into the liquid crystal organic semiconductor material by a plurality of chemical elements (IQIQ). The temperature of the liquid crystal phase is very high, and the flat crystalline film is easy to manufacture. After the thermal acidification film is prepared, the liquid crystal IQIQ and liquid crystal DBN inducer are formed, and the electrode and the Ca electrode are evaporated. It is clear that the ON current is flowing, and the N switch action is coming. The reason for this is that water and acid in the air are mixed with each other at-3.8eV, and the electron level is formed. The difference between the LUMO of the Au electrode and the IQIQ electrode and the DBN electrode is large. The Ca electrode is easy to acidify when exposed to large amounts of hydrogen. In the film preparation process, MgAg electrode is prepared by adding 10ppm or less of acid and water. The film is made of thin film, and the film is made of thin film. MgAg electrode's current density (-3.7eV) and organic semiconductor's LUMO density (-3.3eV) are 0.4eV barrier, LUMO density is 0.4eV barrier, LUMO density is 0.5eV barrier, LUMO density is 0.0eV barrier.