Efficient carrier transport in organic semiconductors through molecular orbital overlap engineering

通过分子轨道重叠工程实现有机​​半导体中的高效载流子传输

• 批准号: 22H01933
• 负责人: 荒井 俊人
• 金额: $ 11.23万
• 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 Scientific Research (B)
• 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-22H01933/
• 关键词: 結晶構造制御; 自己組織化; 有機半導体; 薄膜トランジスタ; 界面制御; プリンテッドエレクトロニクス

溶液の塗布により電子デバイスを作製するプリンテッドエレクトロニクス技術がここ数年で大きく進展し、軽量かつ柔軟な電子デバイス製造への応用が現実的になってきている。特に、薄膜トランジスタ（TFT）に適した、有機半導体の開発と、塗布プロセスの進化の相乗効果により、高いスイッチング性能を示す有機TFTの構築が可能になってきた。一方で、デバイス移動度の向上は依然として大きな課題となっている。そこで、本研究課題では、こうした有機TFTにおける高効率なキャリア輸送を実現するために、薄層内隣接分子間の「軌道の重なり」を設計・制御する技術の開拓を進める。本年度はこうした軌道の重なりを設計するために、分子配列の安定性について調べた。特に、昇温に伴う結晶の相転移について重点的に調べるとともに、電子ドナーおよびアクセプターからなる共結晶の構造的特徴について調べた。薄膜の昇温観察をもとに、ベンゾチエノベンゾチオフェン（BTBT）骨格を炭素数nの直鎖アルキル基で置換したモノCn-BTBT系において、薄層内部の映進対称性が顕著な変化を示すことを見出した。この相転移の起源を、異なるアルキル鎖長nに対する系統的な量子化学計算や熱物性測定から調べた。これにより、隣接するアルキル鎖間・BTBT骨格間の相互作用が競合することで構造選択が起こっていることを明らかにした。本研究により、異なる層内配列多形を制御するための指針が得られた。さらに、電子ドナーおよびアクセプターからなる共結晶（DA）の構造的特徴について調べた。BTBT誘導体と、テトラシアノキノジメタン（TCNQ）のフッ素置換体を用いてDA化合物を作製した。得られた結晶の構造解析から、14種類のDA化合物で同型の層状配列構造が得られることを明らかにした。分子間相互作用の解析から、この構造の安定性を議論した。

Solution coating technology for electronic devices has developed over the past few years, and the application of flexible electronic devices for production has become a reality. In particular, thin film transistor (TFT) applications, organic semiconductor development, coating and evolution of phase effects, high performance, organic TFT construction is possible. One side, the other side. This research topic is to develop the technology of designing and controlling the "track weight" between adjacent molecules in thin layers for the realization of high efficiency transport of organic TFTs. This year, the design of the orbit and the stability of the molecular arrangement were adjusted. In addition, the temperature rise is accompanied by the phase shift of crystallization, which is closely related to the structural characteristics of the co-crystallization between the electronic device and the access device. The temperature of thin film is measured by the temperature difference, the temperature difference and the carbon number n of BTBT cells are directly locked and replaced by the temperature difference of Cn-BTBT system, and the symmetry of thin film interior is shown. The origin of the phase shift and the quantum chemistry calculation of the phase shift and the measurement of the thermal properties of the phase shift The interaction between BTBT cells and adjacent cells is competing. In this study, the multi-shape control of different layers is obtained. In addition, the electronic structure of the crystal (DA) is characterized by a fine tuning. BTBT inducers, TCNQ and TCNQ are prepared using DA compounds The crystal structure of DA compounds of 14 kinds was analyzed. Analysis of intermolecular interactions and discussion of structural stability.

项目成果

層状有機半導体における混合誘起多形制御と高効率キャリア輸送

层状有机半导体中混合诱导的多晶型控制和高效载流子传输

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上悟，東野寿樹，田中睦生;宮田稜，荒井俊人，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;井上悟，東野寿樹，田中睦生，宮田稜，荒井俊人，熊井玲児，松井弘之，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;Shunto Arai;Shunto Arai;二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生
• 通讯作者: 二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生

高急峻スイッチング有機単結晶TFT における半導体・電極界面の安定性と材料依存性

高陡峭开关有机单晶 TFT 中半导体电极界面的稳定性和材料依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上悟，東野寿樹，田中睦生;宮田稜，荒井俊人，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;井上悟，東野寿樹，田中睦生，宮田稜，荒井俊人，熊井玲児，松井弘之，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;Shunto Arai;Shunto Arai;二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生;荒井俊人，吉田海琉，井上悟，関根大輝，小柳恭徳，松原正和，長谷川達生;大野亮汰，小山奏汰，都築誠二，井上悟，荒井俊人，長谷川達生;宮本 樹，松岡 悟志，原田 潤，堤 潤也，荒井 俊人，井上 悟，長谷川 達生;飯塚太一，井上悟，荒井俊人，長谷川達生;村田 啓人，北原 暁，東野 寿樹，井上 悟，松岡 悟志，荒井 俊人，長谷川 達生
• 通讯作者: 村田 啓人，北原 暁，東野 寿樹，井上 悟，松岡 悟志，荒井 俊人，長谷川 達生

Mixing‐Induced Orientational Ordering in Liquid‐Crystalline Organic Semiconductors

• DOI: 10.1002/admi.202201789
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: Advanced Materials Interfaces
• 影响因子: 5.4
• 作者: K. Nikaido;S. Inoue;R. Kumai;Toshiki Higashino;S. Matsuoka;S. Arai;T. Hasegawa

表面波観察による有機半導体の溶液内層状結晶成長過程の解析

利用表面波观测分析有机半导体溶液中的层状晶体生长过程

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上悟，東野寿樹，田中睦生;宮田稜，荒井俊人，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;井上悟，東野寿樹，田中睦生，宮田稜，荒井俊人，熊井玲児，松井弘之，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;Shunto Arai;Shunto Arai;二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生;荒井俊人，吉田海琉，井上悟，関根大輝，小柳恭徳，松原正和，長谷川達生;大野亮汰，小山奏汰，都築誠二，井上悟，荒井俊人，長谷川達生;宮本 樹，松岡 悟志，原田 潤，堤 潤也，荒井 俊人，井上 悟，長谷川 達生;飯塚太一，井上悟，荒井俊人，長谷川達生
• 通讯作者: 飯塚太一，井上悟，荒井俊人，長谷川達生

層状有機半導体mono-Cn-BTNT系におけるキャリア輸送性能の長鎖アルキル置換効果

长链烷基取代对层状有机半导体mono-Cn-BTNT体系载流子传输性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 井上悟，東野寿樹，田中睦生;宮田稜，荒井俊人，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;井上悟，東野寿樹，田中睦生，宮田稜，荒井俊人，熊井玲児，松井弘之，都築誠二，堀内佐智雄，長谷川達生;Shunto Arai;Shunto Arai;二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生;荒井俊人，吉田海琉，井上悟，関根大輝，小柳恭徳，松原正和，長谷川達生;大野亮汰，小山奏汰，都築誠二，井上悟，荒井俊人，長谷川達生;宮本 樹，松岡 悟志，原田 潤，堤 潤也，荒井 俊人，井上 悟，長谷川 達生;飯塚太一，井上悟，荒井俊人，長谷川達生;村田 啓人，北原 暁，東野 寿樹，井上 悟，松岡 悟志，荒井 俊人，長谷川 達生;井上悟，東野寿樹，田中睦生，村田 啓人，宮田 稜，荒井 俊人，都築 誠二，堀内 佐智雄，長谷川 達生
• 通讯作者: 井上悟，東野寿樹，田中睦生，村田 啓人，宮田 稜，荒井 俊人，都築 誠二，堀内 佐智雄，長谷川 達生