グラフォエピタキシーによる有機薄膜の面内配向制御と電界効果トランジスタへの応用

通过图形外延控制有机薄膜的面内取向及其在场效应晶体管中的应用

• 批准号: 18860020
• 负责人: 池田 進
• 金额: $ 1.78万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18860020/
• 关键词: グラフォエピタキシー; 有機半導体; アモルファス基板; 表面微細加工; 面内配向制御; 電界効果トランジスタ

本年度は、前年度に見出したグラフォエピタキシーによる有機半導体薄膜の面内配向制御技術を実際の電界効果トランジスタ(FET)に応用する試みを行った。有機半導体材料にはα-sexithiophene(6T)を用い、電子線リソグラフィーによって人工周期溝構造を形成した熱酸化シリコン基板表面に6Tを真空蒸着法によって成膜した。蒸着前に基板表面をUV/オゾン処理(親水化)ならびにHMDS処理(疎水化)して表面状態を変えることにより、6Tの結晶格子のb軸が人工溝に対して平行になる場合と垂直になる場合を作り分ける、すなわち面内配向を制御し、それによって面内の選択配向方位が90°異なる2種類のFETデバイスを作製した。グラフォエピタキシーによって面内配向制御した6TのFETデバイスはどちらも高ドレイン電圧において飽和領域が現れる一般的な出力特性を示し、このようにして作製した有機FETが正常に動作することを実証した。しかしながら、平坦基板を用いた6TのFET(薄膜の面内方位はランダム)のFET特性と比較すると移動度が小さく、これはグラフォエピタキシャル成長した薄膜ではグレインが存在しない未被覆の部分が多く、電気伝導経路の連結性が悪いためであることが判明した。これに対し、グラフォエピタキシーによって方位が揃って連結した6Tグレインの1次元鎖中の電気伝導特性を導電性カンチレバーを用いた接触型原子間力顕微鏡で測定したところ、鎖状連結構造中では伝導特性が良好であった。これは方位の揃ったグレイン間の粒界抵抗が小さいことを意味する。したがって、グラフォエピタキシャル成長した薄膜の基板被覆率を高め、それぞれ孤立してしまう傾向にあるグレイン連結構造同士を更に連結できれば、FET特性を改善できることが示唆された。

This year's and the previous year's organic semiconductor thin films were exposed. Alignment control technology and electric field effect technology (FET) are used to test the performance of the device. Organic semiconductor material α-sexithiophene (6T) is used, electronic wire リソグラフィーにThe artificial periodic groove structure is formed by thermal acidification of the substrate surface and the film is formed by vacuum evaporation of 6T. Before steaming, the substrate surface is treated with UV/Anano treatment (hydrophilization) and HMDS treatment (hydration). )してsurface stateを変えることにより、6Tのcrystal latticeのb-axisがartificial grooveに対して平In the case of row and vertical alignment, it is divided into two parts, and in the plane alignment, it is controlled and controlled. The in-plane selected alignment orientation is 90° and the 2 types of FET are manufactured.グラフォエピタキシーによってIn-plane alignment controlした6TのFET high-voltage high voltage saturation In the field, the general output characteristics are shown, and the organic FET is produced and the normal operation is confirmed.しかしながら, flat substrate いた6TのFET (thin film in-plane orientation はランダム) のFET characteristics and comparison するとMobility が小さく, これはグラフォエピタキシャルgrowing film ではグレインがexisting しないuncovered part It is divided into many parts, and the connection of the electric road is clearly understood.これに対し、グラフォエピタキシーによってazimuthが揃ってConnection 6Tグレインの1-dimensional lock's electrical conductivity characteristics The electrical conductivity was measured using a contact-type interatomic force microscope and the conductive properties of the lock-like connection structure were excellent.これはazimuthの揃ったグレインの grain boundary resistanceが小さいことをmeaningする.したがって、グラフォエピタキシャル Growth した Film のSubstrate coverage rate をHigh め、それぞれisolation してしまうThe trend is to improve the connection structure of the same structure and improve the FET characteristics.

项目成果

有機グラフォエピタキシーにおける薄膜成長の初期過程

有机图形外延薄膜生长的初始过程

• 发表时间: 2007
• 作者: T. Awano;{K. Kasai};T. Shibuya;and K. Sakaniwa;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda;池田 進;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda;池田 進;池田 進
• 通讯作者: 池田 進

Oriented Film Growth of Organic Semiconductor Sexithiophene on Artificial Periodic Grooves and Electrical Conduction Properties of the Films

有机半导体六噻吩在人工周期性沟槽上的定向薄膜生长及薄膜的导电性能

• 发表时间: 2008
• 期刊: Materials Research Society 2007 Fall Proceedings 1059E(出版予定掲載確定)
• 作者: T. Awano;{K. Kasai};T. Shibuya;and K. Sakaniwa;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda
• 通讯作者: Susumu Ikeda

アモルファス基板上における有機薄膜の面内配向制御:電界効果トランジスタへの応用に向けて

非晶衬底上有机薄膜的面内取向控制：面向场效应晶体管的应用

• 发表时间: 2008
• 期刊: 真空 50(印刷中掲載確定)
• 作者: T. Awano;{K. Kasai};T. Shibuya;and K. Sakaniwa;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda;池田 進
• 通讯作者: 池田 進

Graphoepitaxy of sexithiophene on thermally-oxidized silicon surface with artificial periodic grooves

六噻吩在人工周期性沟槽热氧化硅表面的图形外延

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Physics Letters 88
• 作者: S. Ikeda;K Saiki;K. Tsutsui;T. Edura;Y. Wada;H. Miyazoe;K. Terashima;K. Inaba;T. Mitsunaga;and T. Shimada
• 通讯作者: and T. Shimada

Oriented Film Growth of Organic Semiconductor Sexithiophene on Thermally Oxidized Silicon Substrates with Nanoscale Artificial Periodic Grooves (Oral)

有机半导体六噻吩在具有纳米级人工周期性凹槽的热氧化硅基板上的定向薄膜生长（口服）

• 发表时间: 2007
• 作者: T. Awano;{K. Kasai};T. Shibuya;and K. Sakaniwa;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda;池田 進;Susumu Ikeda;Susumu Ikeda
• 通讯作者: Susumu Ikeda