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Organic semiconductor device design considering electrothermal properties toward high current switching

考虑大电流开关电热特性的有机半导体器件设计

基本信息

批准号：
22K18795
负责人：
野田啓
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18795/
关键词：
有機半導体電熱特性薄膜デバイス

项目摘要

まず、ペンタセンや銅フタロシアニンなどの低分子系の有機半導体薄膜から成るクロスバー構造のダイオードを真空蒸着法によって作製し、その電流電圧特性の評価を行った。ここでは真空下における、電流駆動かつ４端子測定での評価を実施した。その結果、ペンタセン及び銅フタロシアニンのいずれにおいても電流値の増大に伴って、負性微分抵抗（NDR）現象を観測するに至った。また、NDRが発生する電流値付近においてデバイス内部からの発熱が顕著になることをサーモカメラによって確認した。これより、今回観測されたNDR現象は有機半導体薄膜の自己加熱によって生じているものであると推測される。また、ホッピング伝導を基にした理論モデルに基づき、観測された電流電圧特性へのフィッティングを行うことで、NDR現象を特徴付ける熱抵抗や活性化エネルギーなどのパラメータの決定、並びにデバイスの動作温度の推測が可能となることが示唆された。一方、高分子系半導体を対象にして、NDR現象の観測に向けた取り組みも並行して進めた。具体的には、高分子スタンプ法を採用した高分子半導体薄膜の微細パターニングや高分子多層膜の形成、およびそれらの技術を応用した有機ホモ接合薄膜トランジスタ作製を実証した。また、絶縁性ポリマーと分子ドープされたチオフェン系高分子半導体の二層膜試料を対象とし、3ω法による薄膜固有の熱伝導率と界面熱抵抗の分離評価を遂行した。その結果から、分子ドープされた高分子半導体の構造と熱輸送特性の相関を追跡するための新しいアプローチと、その有効性を提示するに至った。以上のように、有機半導体薄膜における電流電圧特性と動作温度の相関（電熱特性）や熱輸送特性の理解と制御に向けて、有益な成果を得ることができた。

Low molecular weight organic semiconductor thin films prepared by vacuum evaporation method and evaluated for their current-voltage characteristics This is the evaluation of the 4-terminal measurement under vacuum. The results show that the increase in current value and the negative differential resistance (NDR) phenomenon in the middle of the circuit are measured. The current value generated by NDR is close to that generated by NDR and the heat generated by NDR is close to that generated by NDR. The NDR phenomenon is predicted to occur in organic semiconductor thin films due to self-heating. The basic theory of thermal conduction, the basic theory of current and voltage characteristics, the characteristics of NDR phenomenon, the determination of thermal resistance, the activation of thermal conduction and the estimation of operating temperature of thermal conduction are discussed. On the one hand, polymer semiconductors are the target, and the measurement of NDR phenomena is advancing in parallel. Specifically, the polymer film deposition method has been used to demonstrate the formation of fine polymer films and polymer multilayer films. The separation evaluation of intrinsic thermal conductivity and interfacial thermal resistance of polymer semiconductor two-layer film samples was carried out by using the 3ω method. The results show that the molecular structure of polymer semiconductors is related to the heat transport characteristics. The current voltage characteristics of organic semiconductor thin films are related to the operating temperature (electrothermal characteristics), and the understanding of heat transfer characteristics is beneficial.