酸化還元活性金属錯体の薄膜構造精密制御とバイポーラトランジスタへの応用

氧化还原活性金属配合物薄膜结构的精确控制及其在双极晶体管中的应用

基本信息

批准号：
16750118
负责人：
張浩徹
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、(1)酸化及び還元に対し活性な分子性金属錯体の薄膜相における精密構造解析を行い、薄膜相における高均一性分子配列制御及びバルク結晶相とは異なる"薄膜結晶相"の探索を第一目的とした。また本研究では、(2)酸化還元活性オルトキノン金属錯体を用いて、配位子上で混合原子価状態をつくりだし、ドナー性配位子部位とアクセプター性配位子部位の直接的な分子間相互作用により、有効な重なり積分とバンドの広がりを促し、バンド伝導に基づいた高速の移動度を達成することを目的とした。最後に(3)バイポーラTFT活性能を評価することで作成した薄層相の構造均一性を評価し、「薄膜相構造-電子物性相関」を総合的に明らかにする。具体的課題としては、より均一性の高い(単結晶性の高い)薄膜相を得るために、薄膜成長条件(錯体分子構造、蒸着速度、基盤温度、蒸着速度、キャリアガス種、基盤種等)の最適化を行う。またより高い移動度を達成することを目的に、薄膜の単結晶性の向上や酸化還元電位(HOMO-LUMO準位、ギャップ)の最適化を遂行すると共に、バンド伝導に必要な錯体分子間相互作用の増強に基づくデバイス能の向上を試み、世界に先駆的に錯体分子バイポーラTFTを開発することを目的とする。昨年度は酸化及び還元活性なビスジイミノセミキノネート錯体を用いて電界効果トランジスタ能の発現に初めて成功した。分子性金属錯体のFET活性能に関する報告例は皆無に近い。得られた薄膜性錯体は理想的に駆動するp型デバイスであり、移動度は0.0138cm2/Vs(飽和領域)である。また、デバイス特性は真空中及び大気中でも変化なく、薄膜の安定性も示された。以上の知見をもとに、同様の錯体である[Pt(diiminosemiquinonate)2],[Pd(diiminosemiquinonate)2]を用いたFETを開発し、金属種依存性を明らかにした。Ni,Pt,Pdのうち、Ni錯体が最も高い移動度を示した。本年度は更に、目的であるアンバイポーラ能を発現することを目的に、Ni錯体を用い、基盤にPMMAを処理し、電極にはCaを用いることでn型FET能の発現に成功した。またアニーリングにより、n型特性が発現することも成功した。これは加熱処理による電子トラップサイトの減少が原因と考えられる。以上得られた成果により世界にさきがけて金属錯体を用いたアンバイポーラ型FETの創成に成功したと言える。

在本研究中，我们将（1）对具有氧化和还原活性的分子金属配合物的薄膜相进行精确的结构分析，控制薄膜相中高度均匀的分子排列，开发出“薄膜晶相” “这与块状晶相不同。主要目的是探索。此外，在这项研究中，我们（2）使用氧化还原活性邻醌金属络合物在配体上创建了混合价态，并在供体和受体配体位点之间直接进行分子间相互作用，目的是促进有效的重叠积分和带。展宽，并实现基于能带传导的高速移动性。最后，(3)我们通过评估双极TFT活性来评估所创建的薄层相的结构均匀性，并全面阐明“薄层相结构-电子特性关系”。具体来说，为了获得更高均匀性（更高单晶度）的薄膜相，对薄膜生长条件（复杂分子结构、蒸发速率、衬底温度、蒸发速率、载气类型、衬底类型等）进行优化。此外，为了实现更高的迁移率，我们提高了薄膜的单晶性，优化了氧化还原电位（HOMO-LUMO能级、能隙），以及能带传导所需的复杂分子之间的相互作用。旨在通过尝试基于增强作用来提高器件性能，开发世界上第一个复杂分子双极TFT。去年，我们首次使用具有氧化和还原活性的双二亚氨基半醌复合物成功开发了场效应晶体管性能。目前几乎没有关于分子金属配合物的FET活性的报道。所得薄膜复合体是理想驱动的p型器件，迁移率为0.0138 cm2/Vs（饱和区）。此外，器件特性在真空和空气中保持不变，证明了薄膜的稳定性。基于上述知识，我们使用类似的配合物[Pt(diiminosemiquinonate)2]和[Pd(diiminosemiquinonate)2]开发了FET，并阐明了金属种类依赖性。在 Ni、Pt 和 Pd 中，Ni 络合物显示出最高的迁移率。今年，我们还通过使用 Ni 络合物、用 PMMA 处理基板以及使用 Ca 作为电极，成功开发了 n 型 FET 功能，目的是开发所需的双极功能。此外，退火成功地揭示了n型特性。这被认为是由于热处理导致电子陷阱位置减少所致。基于上述结果，可以说我们在世界上首次成功地制造了使用金属配合物的双极FET。