高配向性を持つ高分子FETの開発と電子スピン共鳴法を用いたデバイス界面評価

高取向聚合物FET的开发和电子自旋共振法器件界面评估

基本信息

批准号：
10J07987
负责人：
渡辺峻一郎
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

π共役高分子は、電子・光機能性を有し、溶液プロセスを用いたフレキシブルデバイスへの応用研究が期待されている。その中でも高移動度を有するπ共役有機半導体は、有機電界効果トランジスタ(FET)の基礎材料として研究が行われている。特に、有機デバイスの特性改善のためには、高分子の分子配向性の制御及び、評価手法の開発が急務の課題である。これまでに我々は、デバイス界面のみに蓄積されるキャリアをスピンをプローブとして、観測可能な電場誘起ESR法を開発してきた。この電場誘起ESR信号はπ電子の異方性を反映することから、デバイス界面のミクロな分子配向性を精密に評価することが可能である。今回、液晶混合展開法を用いた高配向性を有するデバイスの作製を名古屋大学の永野らと共同で研究を行った結果、従来不可能であった高分子鎖の面内配向が制御可能となり、これをモデルケースとすることで、電場誘起ESR法を用いた精密な分子配向評価手法の開発に成功した。この手法を基にしたESRスペクトルシミュレーションはより高い移動度をもつ有機低分子材料にも応用され、界面における特異な界面分子配向の存在を実験的に明らかにした。また、この一軸配向制御された高分子超薄膜デバイスの異方的伝導度の測定も行い、π軌道のoverlapにより二次元的な電気伝導性が形成されることが確認された。これらの成果は、Physical Review B誌及びApplied Physics Express誌に掲載され、今後の新規な有機材料の合成や配向制御手法の発展に大きく寄与することが期待されている。

π共轭聚合物具有电子和光学功能，有望通过溶液加工应用于柔性器件。其中，具有高迁移率的π共轭有机半导体作为有机场效应晶体管（FET）的基础材料正在被研究。特别是，为了改善有机器件的特性，迫切需要控制聚合物的分子取向并开发评价方法。迄今为止，我们已经开发出一种电场感应 ESR 方法，该方法使用自旋探针来检测仅在器件界面处积累的载流子。由于电场引起的ESR信号反映了π电子的各向异性，因此可以精确评估器件界面处的微观分子取向。此次，与名古屋大学的Nagano等人共同研究，利用液晶混合膨胀法制作了高取向性的器件，使得以前无法实现的聚合物链的面内取向控制成为可能。以此为模型，我们成功开发了一种使用电场诱导 ESR 方法的精确分子取向评估方法。基于该方法的ESR光谱模拟也应用于具有较高迁移率的有机小分子材料，并通过实验阐明了界面处独特界面分子取向的存在。我们还测量了这种单轴取向控制的超薄膜聚合物薄膜器件的各向异性电导率，并证实二维电导率是由π轨道的重叠形成的。这些成果已发表在Physical Review B和Applied Chemistry Express上，有望为未来新型有机材料的合成和取向控制方法的发展做出巨大贡献。

项目成果

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Charge Transport Anisotropy due to Interfacial Molecular Orientation in Polymeric Transistors with Controlled In-Plane Chain Orientation

DOI：
10.1143/apex.5.021602
发表时间：
2012-02
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
S. Watanabe;Hisaaki Tanaka;S. Kuroda;A. Toda;Haruki Tomikawa;Shusaku Nagano;T. Seki
通讯作者：
S. Watanabe;Hisaaki Tanaka;S. Kuroda;A. Toda;Haruki Tomikawa;Shusaku Nagano;T. Seki

Direct Determination of the In-Plane Chain Orientation in Charge Accumulation Layer of Regioregular Poly(3-hexylthiophene) Monolayer Transistors by Electron Spin Resonance

电子自旋共振直接测定区域规则聚(3-己基噻吩)单层晶体管电荷积累层的面内链取向