単一ドメイン有機薄膜の電界効果電気伝導度測定

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有機半導体を用いた電界効果トランジスタ(FET)の動作に影響を及ぼす粒界や雰囲気(水,酸素など)の存在を排除した単一ドメイン内での真性の電界効果電気伝導特性を研究するため、昨年度作製した装置(有機薄膜作製用の高真空チャンバーから高真空原子間力顕微鏡(AFM)まで真空を破ることなく試料搬送でき、高真空AFM中で薄膜形状を観察すると同時にFET特性も測定可能な装置)を用い、更に実験を進めた。有機半導体としては現在最も実用化の可能性が高く注目されているペンタセンを用い、予めチャネル長2μmの微小電極が作製された熱酸化シリコン基板上にペンタセン薄膜を分子線蒸着法で成長させた。上記チャネルをまたぎソース・ドレイン電極に接合する単一ドメインを成長させるため、基板処理条件、蒸着時基板温度、蒸着速度の最適条件を探索し、ソース・ドレイン電極と接合する単一ドメインペンタセンの成長に成功した。しかしながら、この試料では十分なFET特性が得られず、その原因としては、電極とペンタセンの接合の問題、単一ドメインを流れる微小電流を精度よく測定するための電気測定系の問題などが考えられた。また、単一ドメインFETと多結晶FETとの特性比較を行うために、多結晶ペンタセンFETの実験も平行して行った。この研究において、(1)薄膜成長速度と多形の構成比率の関係、並びにキャリア移動度に及ぼす影響、(2)成膜後の分子の脱離と凝集の影響、(3)粒界や結晶子サイズの影響等に着目して、AFM観察、X線回折測定、FET測定により詳細に解析し、ペンタセンFETに関して混乱していた様々な解釈を統一的に理解にする筋道をつくることができた。更に、マルチトラップモデルを用いたトラップ密度の推定からペンタセンがもつ潜在的可能性(一般に考えられているよりも更に大きな移動度発現の可能性)を示した。