有機電界効果トランジスタの特性向上を目指した有機薄膜の構造制御

近年、有機材料のデバイス化が急速に進展し始めており、有機電界効果トランジスタを中心とした入出力機器の開発が強く求められている。しかし、π電子共役系の有機材料を用いる限り、キャリア移動度が従来の無機半導体に及ばないという本質的な問題が残されている。この問題を解決するためには、有機分子の配向と薄膜のモルフォロジーの制御が不可欠である。本研究では、一重項ビラジカル(Ph_2-IDPL)を用いて、不対電子間の相互作用を利用した薄膜の構造制御について検討した。Ph_2-IDPLは、大阪大学大学院理学研究科の久保・中筋らによって合成された物質で、分子どうしが不対電子間の強い相互作用によってスタックし、結晶中で1次元の鎖を形成する。また、この相互作用によって、分子間にバンドが形成されることが示唆されており、室温で約10^<-5>S/cmの電導度を示す。本年度は、Ph_2-IDPLの薄膜を超高真空中で作製し、その分子配列を走査型トンネル顕微鏡で評価した。その結果、薄膜中では、Ph_2-IDPLが鎖状にスタックし、これらの鎖が2次元的に配列することが示された。一方で、有機ラジカル(TTTA)の薄膜作製に関する研究を行った。TTTAは、常磁性-非磁性転移を示し、双安定領域が室温付近に存在するため、スイッチング機能をもつデバイスやメモリーなどへの応用が期待されている。これまでに、超高真空中で金基板上に吸着させたTTTAについて、X線光電子分光(XPS)および紫外光電子分光(UPS)で評価した。XPSおよびUPSスペクトルから、TTTAは分解せずに金表面に吸着することが示された。さらに、分子軌道計算によるUPSスペクトルのシミュレーションから、TTTAは、低温では二量体を形成し、室温ではラジカルのまま存在することが示唆された。このことから、金基板からTTTAへの電子移動は起こっていないことが分かる。

近年、有機材料のデバイス化が急速に進展し始めており、有機電界効果トランジスタを中心とした入出力機器の開発が強く求められている。しかし、π電子共役系の有機材料を用いる限り、キャリア移動度が従来の無機半導体に及ばないという本質的な問題が残されている。この問題を解決するためには、有機分子の配向と薄膜のモルフォロジーの制御が不可欠である。本研究では、一重項ビラジカル(Ph_2-IDPL)を用いて、不対電子間の相互作用を利用した薄膜の構造制御について検討した。Ph_2-IDPLは、大阪大学大学院理学研究科の久保・中筋らによって合成された物質で、分子どうしが不対電子間の強い相互作用によってスタックし、結晶中で1次元の鎖を形成する。また、この相互作用によって、分子間にバンドが形成されることが示唆されており、室温で約10^<-5>S/cmの電導度を示す。本年度は、Ph_2-IDPLの薄膜を超高真空中で作製し、その分子配列を走査型トンネル顕微鏡で評価した。その結果、薄膜中では、Ph_2-IDPLが鎖状にスタックし、これらの鎖が2次元的に配列することが示された。一方で、有機ラジカル(TTTA)の薄膜作製に関する研究を行った。TTTAは、常磁性-非磁性転移を示し、双安定領域が室温付近に存在するため、スイッチング機能をもつデバイスやメモリーなどへの応用が期待されている。これまでに、超高真空中で金基板上に吸着させたTTTAについて、X線光電子分光(XPS)および紫外光電子分光(UPS)で評価した。XPSおよびUPSスペクトルから、TTTAは分解せずに金表面に吸着することが示された。さらに、分子軌道計算によるUPSスペクトルのシミュレーションから、TTTAは、低温では二量体を形成し、室温ではラジカルのまま存在することが示唆された。このことから、金基板からTTTAへの電子移動は起こっていないことが分かる。