脂環式側鎖によるｎ型有機半導体の結晶構造制御と単結晶トランジスタ応用

使用脂环族侧链控制n型有机半导体的晶体结构和单晶晶体管应用

• 批准号: 22K14743
• 负责人: 熊谷 翔平
• 金额: $ 3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14743/
• 关键词: 有機半導体; 結晶構造; トランジスタ; 単結晶; 電子伝導

相補型有機集積論理回路へ応用可能な，室温で10(cm2/Vs)を超える高移動度n型有機半導体の開発を目指し，本年度は主に，置換シクロヘキシル基を有する分子群の合成と，単結晶構造解析および伝導計算を遂行した。特に着目している含窒素パイ電子系骨格に対し，メチル基やtert-ブチル基など様々な炭化水素基を持つ置換シクロヘキシル基を導入したところ，メチル基，エチル基，n-プロピル基で置換した場合，無置換シクロヘキシル基を用いたものと同様の結晶構造をとることが明らかになった。これらは溶液塗布法により単結晶薄膜を形成することが可能であったが，とりわけメチル置換体により良質な薄膜を得ることができた。メチル置換体の単結晶薄膜を用いることで詳細な薄膜トランジスタ評価を実施することに成功し，バンドライク伝導性に起因して，室温で移動度4(cm2/Vs)を示すことが明らかになった。一方で，単結晶薄膜を大面積に製膜することで，単結晶構造と電子移動度との異方性の関係に有益な知見が得られた。結果として，室温で観測された最大移動度は，電子移動度が最小になる方位で得られたことがわかった。これはp型有機半導体とは異なる特徴であり，高移動度n型有機半導体およびデバイス開発を目指すうえで，異方性を正しく理解し利用することの重要性を示すものと言える。また，結晶構造予測の手法を用い，関連する様々な分子構造において取り得る集合体構造の知見を深めた。分子構造と予測構造との関係性に対する情報整理は進行中である。

This year, we will focus on the synthesis of molecular groups, crystal structure analysis and conduction calculation for the development of n-type organic semiconductors with high mobility at room temperature of 10(cm2/Vs). In particular, the crystal structure of the electron system is composed of the following elements: carbon atoms, carbon atoms and carbon atoms. The solution coating method can be used to form crystalline thin films. For example, the single crystal thin film of the displacer was successfully evaluated for its conductivity and mobility of 4(cm2/Vs) at room temperature. For example, a single crystal thin film can be prepared over a large area, and the relationship between the single crystal structure and the electron mobility and anisotropy can be seen. As a result, the maximum mobility at room temperature and the minimum mobility at electron temperature were measured. The characteristics of p-type organic semiconductors and their high mobility indicate the importance of their development and utilization. The method of crystal structure prediction is applied to the understanding of aggregate structure obtained from molecular structure. Molecular tectonics and correlation information are in progress.

项目成果

n型有機半導体BQQDI単結晶における電子輸送異方性

n型有机半导体BQQDI单晶中的电子传输各向异性

• 发表时间: 2022
• 作者: H.-J. Lee;Anh T. N. Dao;H. Kasai;K. Kaneko;熊谷翔平，荒井勇太郎，糟谷直孝，石井宏幸，渡辺豪，佐藤寛泰，渡邉峻一郎，竹谷純一，岡本敏宏
• 通讯作者: 熊谷翔平，荒井勇太郎，糟谷直孝，石井宏幸，渡辺豪，佐藤寛泰，渡邉峻一郎，竹谷純一，岡本敏宏