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

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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。