導電性高分子の構造・物性制御による革新的電子機能の創出

本年度は、高結晶性高分子の一つであるPBTTT、及び、ドナー・アクセプタ（D-A）型高分子であるDPPT-TTを対象に電解質ゲート法による連続的キャリアドーピングを行い、ドープ薄膜の電子状態や電荷輸送特性を調べた。前者のPBTTTに関しては、これまでの研究によりドーピングに伴う金属転移や、それを反映した熱電特性の変化が明らかになっていたが、移動度やキャリア濃度などの基礎的な物性パラメータは未解明であった。そこで本年度は、イオン液体からなる電解質ゲート絶縁膜と、SiO2の固体ゲート絶縁膜が共に配置されたデュアルゲート型の薄膜トランジスタ（TFT）を作製し、電解質ゲートにより高濃度に電気化学ドープされたPBTTT薄膜に対し、固体ゲートによりさらに静電的ドーピングを行った。静電的に変調されたキャリア濃度はSiO2絶縁膜の静電容量から計算できるため、観測された電気伝導率の変化から移動度が算出できる。このようにして求めたキャリア移動度は温度低下により増大し、バンド的な伝導機構が確認された。一方で、Hall効果から求めた電気化学ドープ膜のキャリア濃度は、移動度と電気伝導率から算出した値に比べ顕著に大きく、幅広い温度域で局在キャリアが存在することが明らかになった。このような局在キャリアの寄与は、ゼーベック係数の温度依存性測定からも示唆された。また、後者のD-A型高分子DPPT-TTに関しては、高い分子平面性に起因した高い電界効果移動度が報告されている。そこで、電解質ゲート法でキャリアドーピングを行った結果、ESR法を用いた微視的なキャリア観測からはドーピングに伴う金属状態の形成が示された。一方、より巨視的な電気伝導測定からは可変領域ホッピング伝導が見られ、伝導性の向上にはトラップ効果の低減が必要であることがわかった。

本年度は、高結晶性高分子の一つであるPBTTT、及び、ドナー・アクセプタ（D-A）型高分子であるDPPT-TTを対象に電解質ゲート法による連続的キャリアドーピングを行い、ドープ薄膜の電子状態や電荷輸送特性を調べた。前者のPBTTTに関しては、これまでの研究によりドーピングに伴う金属転移や、それを反映した熱電特性の変化が明らかになっていたが、移動度やキャリア濃度などの基礎的な物性パラメータは未解明であった。そこで本年度は、イオン液体からなる電解質ゲート絶縁膜と、SiO2の固体ゲート絶縁膜が共に配置されたデュアルゲート型の薄膜トランジスタ（TFT）を作製し、電解質ゲートにより高濃度に電気化学ドープされたPBTTT薄膜に対し、固体ゲートによりさらに静電的ドーピングを行った。静電的に変調されたキャリア濃度はSiO2絶縁膜の静電容量から計算できるため、観測された電気伝導率の変化から移動度が算出できる。このようにして求めたキャリア移動度は温度低下により増大し、バンド的な伝導機構が確認された。一方で、Hall効果から求めた電気化学ドープ膜のキャリア濃度は、移動度と電気伝導率から算出した値に比べ顕著に大きく、幅広い温度域で局在キャリアが存在することが明らかになった。このような局在キャリアの寄与は、ゼーベック係数の温度依存性測定からも示唆された。また、後者のD-A型高分子DPPT-TTに関しては、高い分子平面性に起因した高い電界効果移動度が報告されている。そこで、電解質ゲート法でキャリアドーピングを行った結果、ESR法を用いた微視的なキャリア観測からはドーピングに伴う金属状態の形成が示された。一方、より巨視的な電気伝導測定からは可変領域ホッピング伝導が見られ、伝導性の向上にはトラップ効果の低減が必要であることがわかった。