Importance of liquid crystallinity in realizing polymer-based organic field-effect transistors with high mobility and operational stability

液晶性对于实现具有高迁移率和工作稳定性的聚合物基有机场效应晶体管的重要性

基本信息

批准号：
20K05310
负责人：
坂本謙二
金额：
$ 2.83万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子有機半導体のOFET材料開発において液晶性を発現させることの有用性を調べるため、液晶性とDonor-Accepter (D-A)共重合体をキーワードにpBTTT-C16（液晶性）, PCDTPT（D-A）, PQTBTz-C12 (液晶性D-A)の３つのp型高分子有機半導体に着目して研究を行っている。本年度は以下の実験を行った。熱酸化膜（約100 nm）付きSi基板表面をダイヤモンドラッピングフィルムでスクラッチし、その表面をODTSで処理することにより、撥水性ナノグルーブ表面を得た。これを配向誘起層かつゲート絶縁膜として用い、pBTTT-C16, PCDTPT, PQTBTz-C12（Mn = 31,700で液晶性を明確に示さない材料）を活性層材料とするボトムゲート・トップコンタクト型OFETアレイを作製した。３つの高分子有機半導体に対して、分子配向効果による電界効果移動度の増強が確認できた。しかしながら、ナノグルーブ構造の導入によりOFETの動作安定性が低下した。これらの結果は、撥水性ナノグルーブ表面の使用により電界効果移動度の増強を容易に達成できるが、動作安定性の観点からは使用を避けるべきであることを示唆している。R2年度から引き続き、分子量を制御して液晶性を示すPQTBTz-C12の合成を試みた。R2年度は、トルエン溶媒を用いて120℃で反応時間（0.5～12 h）を変えて重合を行ったが液晶性を示す高分子が得られなかった。また、高分子の精製過程で分子量（GPC測定値）が増加するという想定外の現象が観測された。R3年度は、有機合成の専門家にアドバイスをもらいながら重合・精製条件を再検討した。DMFを溶媒として用い、重合温度80℃で反応時間（6 h, 9 h, 12 h）を変えて高分子化した。その結果、DSC曲線において液晶性を示す高分子が得られた。次年度、GPCによる分子量（分布）の測定を行い、OFET特性の測定を行う予定である。

为了研究聚合物有机半导体OFET材料开发中液晶特性的有用性，我们正在研究关注三个P-type有机半导体的研究：PBTTTT-C16（液晶液晶特性），PCDTPT（D-A），PQTBTZ-C12（PQTBTZ-C12（液晶），使用液体晶体质量），使用液体晶体质量），使用液体晶体质量）（D-A）共聚物作为关键字。今年，我们进行了以下实验：用热氧化物膜（大约100 nm）用钻石lape胶膜刮擦Si底物的表面，并用ODT处理表面以获得水含水的纳米果根表面。这被用作方向诱导的层和栅极绝缘膜，以使用PBTTTT-C16，PCDTPT和PQTBTZ-C12（一种在MN = 31,700时表现出液体结晶度清楚的材料）作为活性层。三种聚合物有机半导体证实了由于分子取向效应引起的现场效应迁移率的增强。但是，引入纳米根结构可降低OFET的工作稳定性。这些结果表明，通过使用耐水纳米植物表面可以很容易地实现现场效应迁移率，但应根据操作稳定性避免使用。自2014财政年度以来，我们继续尝试通过控制分子量来合成具有液晶度的PQTBTZ-C12。在R2财政年度，在反应时间（0.5至12 h）的甲苯溶剂在120°C下进行聚合，但未获得表现出液晶特性的聚合物。此外，观察到意外现象，其中分子量（GPC测量值）在聚合物纯化过程中增加。在R3财政年度，我们通过有机合成专家的建议重新检查了聚合和纯化条件。使用DMF作为溶剂，通过在80°C的聚合温度下改变反应时间（6 h，9 h，12 h）进行聚合。结果，获得了在DSC曲线上表现出液晶度的聚合物。明年，我们计划使用GPC和测量特征测量分子量（分布）。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

疎水性ナノグルーブ・ゲート絶縁膜表面が高分子有機電界効果トランジスタの移動度と動作安定性に及ぼす影響

疏水性纳米槽栅绝缘膜表面对聚合物有机场效应晶体管迁移率和工作稳定性的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
坂本謙二;ブルガレビッチ　キリル;安田　剛;三成剛生;竹内正之
通讯作者：
竹内正之

Operational Stability Enhancement of Polymeric Organic Field‐Effect Transistors by Amorphous Perfluoropolymers Chemically Anchored to Gate Dielectric Surfaces

通过化学锚定到栅极介电表面的非晶全氟聚合物增强聚合物有机场效应晶体管的工作稳定性

DOI：
10.1002/aelm.202000161
发表时间：
2020
期刊：
Advanced Electronic Materials
影响因子：
6.2
作者：
Bulgarevich Kirill;Sakamoto Kenji;Yasuda Takeshi;Minari Takeo;Takeuchi Masayuki
通讯作者：
Takeuchi Masayuki

液晶性高分子有機電界効果トランジスタのバイアス・ストレス特性

液晶聚合物有机场效应晶体管的偏置和应力特性