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

• 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

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。

ま ず, ペ ン タ セ ン や copper フ タ ロ シ ア ニ ン な ど の low molecular is の organic semiconductor thin film か ら into る ク ロ ス バ ー tectonic の ダ イ オ ー ド を vacuum steaming the method に よ っ て as し, そ の current electricity 圧 characteristic の review 価 を line っ た. The determination of における under vacuum and the current 駆 at the 4 terminal で <s:1> evaluation 価を operation た た た. そ の results, ペ ン タ セ ン and び copper フ タ ロ シ ア ニ ン の い ず れ に お い て も current numerical の raised the big に partner っ て, negative differential resistance (NDR) phenomenon を 観 measuring す る に to っ た. Born ま た, NDR が 発 す る current numerical paying nearly に お い て デ バ イ ス internal か ら の 発 hot が 顕 the に な る こ と を サ ー モ カ メ ラ に よ っ て confirm し た. こ れ よ り, today back to 観 さ れ た NDR phenomenon は organic semiconductor thin film heat itself の に よ っ て raw じ て い る も の で あ る と speculation さ れ る. ま た, ホ ッ ピ ン グ 伝 guide を base に し た theory モ デ ル に base づ き, 観 さ れ た current electricity 圧 characteristic へ の フ ィ ッ テ ィ ン グ を line う こ と で, NDR phenomenon を 徴 pay け る や thermal resistance activeness エ ネ ル ギ ー な ど の パ ラ メ ー タ の decisions, and び に デ バ イ ス の action temperature の speculated that が may と な る こ と が in stopping さ れ た. Party, macromolecule semiconductor を like に seaborne し て, NDR phenomenon の 観 に to け た group take り み も parallel し て in め た. Specific に は, polymer ス タ ン を プ method using し た macromolecule semiconductor thin film の imperceptible パ タ ー ニ ン グ や の polymer multilayer membrane formation, お よ び そ れ ら の technology を 応 with し た organic ホ モ joint film ト ラ ン ジ ス タ cropping を card be し た. ま た, never try ポ リ マ ー と molecular ド ー プ さ れ た チ オ フ ェ ン is の semiconductor layer polymer film sample を like と seaborne し, omega 3 に よ る film inherent の 伝 heat conductivity と interface thermal resistance の separation review 価 を carries out し た. そ の results か ら, molecular ド ー プ さ れ た macromolecule semiconductor の tectonic と heat transfer characteristic の masato を tracing す る た め の new し い ア プ ロ ー チ と, そ の is unseen "を す suggestive る に to っ た. Above の よ う に, organic semiconductor film に お け る electrical characteristic と action temperature の 圧 masato (electric) や heat transfer characteristics of の understand と suppression に to け て, beneficial な results を る こ と が で き た.

项目成果

有機半導体薄膜中の自己加熱によって生じる負性微分抵抗現象

有机半导体薄膜自热引起的负微分电阻现象

• 发表时间: 2023
• 作者: 金澤 俊;高山和輝;野田 啓
• 通讯作者: 野田 啓

Evaluation of thermal transport properties in acceptor-doped thiophene-based polymer thin films by the 3-omega method

通过 3-omega 方法评估受主掺杂噻吩基聚合物薄膜的热传输特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuki Takayama;Shun Kanazawa;Goki Ito;Ryosuke Ikkatai;Kei Noda
• 通讯作者: Kei Noda