高性能トランジスタを実現させる革新的有機半導体の開発

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有機材料を用いた有機電界効果トランジスタ(OFET)が注目されている。これまでにペンク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ホール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。これらの結晶構造を解析から、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理解されている。本研究は電子供与性と受容性のヘテロ環を組み合わせてHOMO,LUMOレベルを制御し、さらに新しい有機半導体材料を開発すること目指した。 OFET特性は、用いる有機半導体の末端の官能基に大きく影響を受けることが知られている。特に末端にトリフルオロメチルフェニル基を有するπ共役化合物が、高いn型特性を発現させている。そこで中心のπ共役部分にチアゾールやチアソロチアソール等の含窒素のヘテロ環を組み合わせた化合物を合成し、FET素子が動作する闇値電圧が大きく改善されることを見出した。またカルボニル基の電子受容性能に注目した分子設計を行った。縮環したシクロペンクジェノン骨格を持つインデノフルオレンジオン誘導体が高性能のn型半導体となることを見出した。この骨格にピラジン環等の含窒素複素環を導入することでさらにFETの閾値電圧が低下した。これらの化合物の薄膜は、X線回折や原子間力顕微鏡を用いて解析されている。