有機電界効果トランジスタのn型特性出現機構の解明とその高性能化に関する研究

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平成17年度は有機FET特性の向上にはキャリア注入障壁を軽減させることが重要であることを指摘し、フルオレン系ポリマーやその他π共役ポリマーにおいて仕事関数の高いPt電極を用いることでp型有機FET特性の向上を例示した。さらに一般的な有機半導体にもこの考えを展開し、Ca電極を用いてp型有機半導体のambipolar輸送性を確認するなど優れた研究成果を得た。平成18年度はπ共役ポリマーを用いたambipolar有機FETの作製を目標とした。これらの有機半導体は溶液塗布からの薄膜形成が可能である等の利点があるが、大気中の酸素ドープによりp型特性を示すことが知られており、キャリア密度が増加しon/off電流比が悪くなるなどの欠点がある。そこで有機半導体を低酸素、低湿度のN_2グローブボックス内で脱ドープして、Ca電極ソース・ドレイン電極を形成し、測定をN_2グローブボックス内で行うことで、intrinsicな有機半導体の電子輸送性を確認した。その他、これまでに得られた知見をもとにユニポーラの高性能p型、n型新規有機半導体の開発も行った。材料としてはポリフェニレンビニレン(PPV)に代表されるフェニレンビニレン骨格を有する有機半導体に着目した。PPV前駆体水溶液から薄膜を形成し、PPVへの変換温度の最適化を行い、最も高い特性が得られる条件を見出した。次にその最適化を行った薄膜をN_2グローブボックス内で熱処理することで脱ドープしAuをソース・ドレイン電極とすることでp-channel、Caを電極とすることでn-channelのFET特性が得られPPVはambipolar性を有していることが実証できた。しかしPPVのambipolarFETは特性が悪いためフェニレンビニレン骨格を有するp型、n型有機半導体に特化した分子設計を行った。具体的には配向性を向上させるためオリゴマー化し、正孔輸送、電子輸送性に特化するため、末端に電子供与性のメチル基を付与、あるいは電子受容性のフルオロメチル基を付与し、正孔移動度0.1cm^2/Vs、電子移動度0.01cm^2/Vs、それぞれを有する材料の開発に成功した。