溶液塗布による有機半導体配向膜の新規作製手法および発光素子の高機能化に関する研究

半導体層に有機物を用いた有機薄膜トランジスタは、真空蒸着あるいは溶液塗布といった多様な作製プロセスを活かした電子素子の軽量化、低コスト化が図れる反面、半導体層のキャリア移動度は無機物と比較して低く、素子特性を律速している。本研究においては、溶液塗布手法を工夫した分子配向制御および結晶性向上による、薄膜中のキャリア移動度の向上を目的としている。本年度は、結晶多形を示す有機半導体の薄膜への溶媒蒸気処理による、薄膜中の結晶性の向上や電気特性の変化について重点的に検討を行った。フタロシアニン誘導体1,4,8,11,15,18,22,25-octahexylphthalocyanine(C6PcH2)は高い可溶性や両極性のキャリア移動度を示す一方で、スピンコート法による多結晶薄膜中においては結晶粒界によってキャリア移動度が律速されており、薄膜中の結晶性の向上がデバイス応用に向けた課題である。有機半導体薄膜に対する溶媒蒸気処理は、薄膜中の結晶性の改善を目的として広く用いられることから、C6PcH2薄膜に対する溶媒蒸気処理効果に着目し、薄膜中の結晶性に対する影響を検討した。C6PcH2薄膜に対する顕微観察により、溶媒雰囲気下の薄膜中において、針状の結晶と板状の結晶とが共存し、板状結晶が徐々に成長することが明らかになった。このことから、溶媒雰囲気下のC6PcH2薄膜における単結晶成長が示唆された。また、C6PcH2のヘキサゴナルカラムナー構造に由来する薄膜のX線回折ピークに着目すると、溶媒蒸気処理によって先鋭化するとともに、回折面間隔が1.8 nmから2.0 nmへと変化していることが明らかになった。以上の結果より、溶媒蒸気処理によってC6PcH2の結晶多形であるα相からβ相への変化、またβ相の単結晶薄膜成長を明らかにした。これらの成果は、溶液塗布を用いた簡便なプロセスによる半導体デバイスの向上に有用である。

半導体層に有機物を用いた有機薄膜トランジスタは、真空蒸着あるいは溶液塗布といった多様な作製プロセスを活かした電子素子の軽量化、低コスト化が図れる反面、半導体層のキャリア移動度は無機物と比較して低く、素子特性を律速している。本研究においては、溶液塗布手法を工夫した分子配向制御および結晶性向上による、薄膜中のキャリア移動度の向上を目的としている。本年度は、結晶多形を示す有機半導体の薄膜への溶媒蒸気処理による、薄膜中の結晶性の向上や電気特性の変化について重点的に検討を行った。フタロシアニン誘導体1,4,8,11,15,18,22,25-octahexylphthalocyanine(C6PcH2)は高い可溶性や両極性のキャリア移動度を示す一方で、スピンコート法による多結晶薄膜中においては結晶粒界によってキャリア移動度が律速されており、薄膜中の結晶性の向上がデバイス応用に向けた課題である。有機半導体薄膜に対する溶媒蒸気処理は、薄膜中の結晶性の改善を目的として広く用いられることから、C6PcH2薄膜に対する溶媒蒸気処理効果に着目し、薄膜中の結晶性に対する影響を検討した。C6PcH2薄膜に対する顕微観察により、溶媒雰囲気下の薄膜中において、針状の結晶と板状の結晶とが共存し、板状結晶が徐々に成長することが明らかになった。このことから、溶媒雰囲気下のC6PcH2薄膜における単結晶成長が示唆された。また、C6PcH2のヘキサゴナルカラムナー構造に由来する薄膜のX線回折ピークに着目すると、溶媒蒸気処理によって先鋭化するとともに、回折面間隔が1.8 nmから2.0 nmへと変化していることが明らかになった。以上の結果より、溶媒蒸気処理によってC6PcH2の結晶多形であるα相からβ相への変化、またβ相の単結晶薄膜成長を明らかにした。これらの成果は、溶液塗布を用いた簡便なプロセスによる半導体デバイスの向上に有用である。