表面科学的手法を用いた有機薄膜トランジスタの安定性の研究

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本年度は研究実施計画に示したように,面内ヘテロ接合上での有機薄膜成長という新たな概念を導入し,そこでどのような現象が発現し,いかなるメカニズムが働くのかをペンタセン-ボトムコンタクト(BC)型トランジスタ構造を例にとり解明した.単一基板上での有機薄膜の成長機構は,これまでに多くの報告がなされている.しかしながら,有機薄膜トランジスタ(OTFT)のBC構造に代表される,絶縁膜と電極の異種表面が同一平面内で接するような面内ヘテロ接合上では,有機分子が2種表面からの影響を受けるために,通常の単一基板上における成長機構とは異なることが予想される.実際にBC構造のOTFTでは,絶縁膜-電極界面付近での有機薄膜の乱れと,それに起因するトランジスタ特性の低下が周知の事実となっていたが,その理由は明らかとなっていなかった.本研究では,光電子顕微鏡(PEEM)を用い,Au電極-絶縁膜界面でのペンタセン超薄膜の成長を連続的に観察した.結果,絶縁膜-電極界面付近に生じる有機薄膜の乱れは,下地との関係により変化する有機分子の配向に起因する,表面エネルギーの差によって引き起こされることと解明された.また,電極の自己組織化単分子膜による修飾を行うことで,有機薄膜の配向が両基板上で一致し,電極との良好な接合が得られることを示した.実用化が見えてきた有機薄膜トランジスタ研究において,ベンチマーク物質であるペンタセン超薄膜を対象として,その構造安定性(前年度研究)と成長様式に関する議論(面内ヘテロ接合系)を通じて,有機薄膜特有の諸問題を提起し,そのメカニズムを解明することで,低分子系有機薄膜成長に関する一般概念を確立し,有機半導体分野における研究に大きな貢献をした.また,本研究より得られた基礎的事項は応用に当たっても還元できるといえる.