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。

为了研究表达液晶性在聚合物有机半导体有机场效应晶体管材料开发中的有用性，我们使用液晶性和供体-受体（D-A）共聚物作为关键词：pBTTT-C16（液晶性）、PCDTPT（D-A）、We正在重点研究三种 p 型聚合物有机半导体 PQTBTz-C12（液晶 D-A）。今年，我们进行了以下实验。通过用金刚石研磨膜刮擦具有热氧化膜(约100nm)的Si基板的表面并用ODTS处理表面，获得防水的纳米凹槽表面。以此作为定向诱导层和栅极绝缘膜，我们使用 pBTTT-C16、PCDTPT 和 PQTBTz-C12（在 Mn = 31,700 时不明显表现出液晶性的材料）创建了底栅/顶接触 OFET 阵列。作为活性层材料。对于三种聚合物有机半导体，证实了由于分子取向效应而导致的场效应迁移率的增强。然而，纳米沟槽结构的引入降低了OFET的运行稳定性。这些结果表明，通过使用防水纳米凹槽表面可以很容易地实现场效应迁移率增强，但从操作稳定性的角度来看，应避免使用它们。从R2年开始，我们尝试通过控制分子量来合成具有液晶性的PQTBTz-C12。在R2年，使用甲苯作为溶剂在120℃下以不同的反应时间（0.5至12小时）进行聚合，但不能获得表现出液晶性的聚合物。此外，还观察到了意想不到的现象，即在聚合物纯化过程中分子量（GPC 测量）增加。在R3年，我们在听取有机合成专家的建议的同时，重新审查了聚合和纯化条件。使用DMF作为溶剂，在80℃的聚合温度和不同的反应时间（6小时、9小时、12小时）下进行聚合。结果，获得了在DSC曲线中表现出液晶性的聚合物。明年，我们计划通过GPC测量分子量（分布）并测量OFET特性。