高性能有機トランジスターを実現させる有機半導体の開発

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有機電界効果トランジスタ(OFET)が低コスト、フレキシブル化ができるために注目されている。これまでにペンタセンを代表とするアセン型分子やチオフェンオリゴマーが高い正孔移動度を示すことが知られている。当研究室ではこれまでにヘテロ原子を積極的に導入した独創性高い電子供与体や電子受容体を報告してきた。これらの結晶構造では、ヘテロ原子が規則正しい分子配列や分子間距離の縮小に大きな役割を果たしていることが観察される。本研究は電子供与性と受容性のヘテロ環を粗み合わせて、HOMO, LUMOレベルを制御し、新しい有機半導体材料を開発すること目指した。ドナーアクセプター型の分子を用いることにより、分極した構造に由来する強い分子間相互作用とキャリア移動度の向上、駆動電圧の低下、On/Off比の向上、酸素存在下での安定化が期待され、実際に以下の分子を合成し有機半導体特性を評価した。(1)TTF型分子:電子供与体であるテトラチアフルバレン(TTF)類の薄膜は一般的に酸素に不安定である。そこで電子受容性のチアジアゾール骨格を含むBTQBTやピラジン環を導入したTTFを合成し、優れたP型半導体特性を示すことを見出した。またフッ素や塩素等の置換基を導入したTTF分子が、高性能のn型半導体特性を示すことを明らかにした。(2)オリゴマー型分子:トリフルオロメチルフェニル基がn型特性を発現させる十分な電子注入効果を有することを見出した。一方、チアゾール、チアゾロチアゾール、ベンゾチアジアゾール等のヘテロ環を導入した直線状の分子は、電子受容性や平面性が大きく向上し、n型特性の移動度や駆動電圧が改善されることを見出した。またビフェニルやナフタレンと複素環を組み合わせた分子を用いて作成した素子が高い大気安定性を示すことを確認した。