有機電界効果トランジスターに与える自己組織化界面修飾の影響

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本研究は有機電界効果トランジスタ(OFET)のゲート絶縁膜表面を修飾し、その上面に調製される有機半導体の分子配向や集合状態を変化させ、その結果生じるチャージキャリア移動度などへの影響を調べることで、絶縁層/有機半導体層の界面構造とトランジスター性能の相関を明らかにすることを目的としている。研究成果として下記の二点をしめす。(1)分子末端に様々な官能基を有するトリエトキシシラン誘導体で処理した絶縁層を使ったOFETでのキャリア移動度測定をペンタセンとポリフェニレンビニレン誘導体の2種の有機半導体についておこなった。分子末端に芳香族を用いた場合と脂肪族を用いた場合では脂肪族を用いた場合の方が、いずれの半導体材料をもちいても移動度は高くなった。界面準位の密度が芳香族系修飾剤では多くなることが原因であると考えられる。また真空蒸着によって有機半導体を製膜した場合、自己組織化修飾の有無によって吸着初期の分子配向が異なることが、赤外分光法によって明らかとなった。このことはキャリアのチャンネル部を形成している半導体層下面の分子配列が未修飾界面では乱れていることを示唆しており、界面修飾がデバイス特性向上に寄与する機構を明らかにする上で大きな発見である。(2)熱CVD法によりポリ-p-キシリレン(PPX)薄膜をゲート電極上に調製し、様々な有機半導体を使ってOFETを作製し、トランジスター特性を評価した。結晶性半導体であるペンタセンを真空蒸着によって製膜した場合でも、非晶性高分子半導体であるポリフェニレンビニレン誘導体をスピンコートにより製膜した場合でも、アミノ基を絶縁層表面に導入したものではキャリア移動度とon-off比がともに低下した。このことは表面自由エネルギーを変えることによって結晶性分子であるペンタセンの分子集合状態が変化するだけではなく、イオン性不純物等の界面準位による影響が強いことを示している。