脂環式側鎖によるｎ型有機半導体の結晶構造制御と単結晶トランジスタ応用

使用脂环族侧链控制n型有机半导体的晶体结构和单晶晶体管应用

• 批准号: 22K14743
• 负责人: 熊谷 翔平
• 金额: $ 3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14743/
• 关键词: 有機半導体; 結晶構造; トランジスタ; 単結晶; 電子伝導

相補型有機集積論理回路へ応用可能な，室温で10(cm2/Vs)を超える高移動度n型有機半導体の開発を目指し，本年度は主に，置換シクロヘキシル基を有する分子群の合成と，単結晶構造解析および伝導計算を遂行した。特に着目している含窒素パイ電子系骨格に対し，メチル基やtert-ブチル基など様々な炭化水素基を持つ置換シクロヘキシル基を導入したところ，メチル基，エチル基，n-プロピル基で置換した場合，無置換シクロヘキシル基を用いたものと同様の結晶構造をとることが明らかになった。これらは溶液塗布法により単結晶薄膜を形成することが可能であったが，とりわけメチル置換体により良質な薄膜を得ることができた。メチル置換体の単結晶薄膜を用いることで詳細な薄膜トランジスタ評価を実施することに成功し，バンドライク伝導性に起因して，室温で移動度4(cm2/Vs)を示すことが明らかになった。一方で，単結晶薄膜を大面積に製膜することで，単結晶構造と電子移動度との異方性の関係に有益な知見が得られた。結果として，室温で観測された最大移動度は，電子移動度が最小になる方位で得られたことがわかった。これはp型有機半導体とは異なる特徴であり，高移動度n型有機半導体およびデバイス開発を目指すうえで，異方性を正しく理解し利用することの重要性を示すものと言える。また，結晶構造予測の手法を用い，関連する様々な分子構造において取り得る集合体構造の知見を深めた。分子構造と予測構造との関係性に対する情報整理は進行中である。

今年，我们的目的是在室温下开发高超过10（CM2/V）的高迁移率N型有机半导体，可以将其应用于互补的有机逻辑电路，并将分子与取代的环己基基团，单晶结构分析和传导量合成分子合成。当将替代的环己基与各种烃类（例如甲基和丁基基团）引入含氮的基于氮的电子骨架中时，尤其是集中的，并且用甲基组，乙基组或N-丙基结构替换为相同的甲基，乙基基团或N-丙基的骨架。这些薄膜能够通过溶液涂层形成单晶薄膜，但是高质量的薄膜特别是通过甲基取代的产品获得的。通过使用甲基取代的单晶薄膜，我们成功地进行了详细的薄膜晶体管评估，并发现在室温下，带状电导率显示出4（CM2/VS）的迁移率。另一方面，通过在大面积上形成单晶薄膜，我们获得了有关单晶结构和电子迁移率之间各向异性关系的有用知识。结果，发现在将电子迁移率最小化的方向上获得了在室温下观察到的最大迁移率。这是P型有机半导体的独特特征，可以说是在旨在开发高移动性N型有机半导体和设备时，证明正确理解和利用各向异性的重要性。此外，我们已经使用了晶体结构预测技术来加深对各种相关分子结构中可能的组装结构的了解。分子结构和预测结构之间关系的信息安排正在进行中。

项目成果

n型有機半導体BQQDI単結晶における電子輸送異方性

n型有机半导体BQQDI单晶中的电子传输各向异性

• 发表时间: 2022
• 作者: H.-J. Lee;Anh T. N. Dao;H. Kasai;K. Kaneko;熊谷翔平，荒井勇太郎，糟谷直孝，石井宏幸，渡辺豪，佐藤寛泰，渡邉峻一郎，竹谷純一，岡本敏宏
• 通讯作者: 熊谷翔平，荒井勇太郎，糟谷直孝，石井宏幸，渡辺豪，佐藤寛泰，渡邉峻一郎，竹谷純一，岡本敏宏