Organic semiconductor device design considering electrothermal properties toward high current switching

考虑大电流开关电热特性的有机半导体器件设计

• 批准号: 22K18795
• 负责人: 野田 啓
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18795/
• 关键词: 有機半導体; 電熱特性; 薄膜デバイス; 有機半導体; 電熱特性; 薄膜デバイス

まず、ペンタセンや銅フタロシアニンなどの低分子系の有機半導体薄膜から成るクロスバー構造のダイオードを真空蒸着法によって作製し、その電流電圧特性の評価を行った。ここでは真空下における、電流駆動かつ４端子測定での評価を実施した。その結果、ペンタセン及び銅フタロシアニンのいずれにおいても電流値の増大に伴って、負性微分抵抗（NDR）現象を観測するに至った。また、NDRが発生する電流値付近においてデバイス内部からの発熱が顕著になることをサーモカメラによって確認した。これより、今回観測されたNDR現象は有機半導体薄膜の自己加熱によって生じているものであると推測される。また、ホッピング伝導を基にした理論モデルに基づき、観測された電流電圧特性へのフィッティングを行うことで、NDR現象を特徴付ける熱抵抗や活性化エネルギーなどのパラメータの決定、並びにデバイスの動作温度の推測が可能となることが示唆された。一方、高分子系半導体を対象にして、NDR現象の観測に向けた取り組みも並行して進めた。具体的には、高分子スタンプ法を採用した高分子半導体薄膜の微細パターニングや高分子多層膜の形成、およびそれらの技術を応用した有機ホモ接合薄膜トランジスタ作製を実証した。また、絶縁性ポリマーと分子ドープされたチオフェン系高分子半導体の二層膜試料を対象とし、3ω法による薄膜固有の熱伝導率と界面熱抵抗の分離評価を遂行した。その結果から、分子ドープされた高分子半導体の構造と熱輸送特性の相関を追跡するための新しいアプローチと、その有効性を提示するに至った。以上のように、有機半導体薄膜における電流電圧特性と動作温度の相関（電熱特性）や熱輸送特性の理解と制御に向けて、有益な成果を得ることができた。

首先，通过真空蒸发法制造了由低分子量有机半导体薄膜（如五苯苯甲酸和铜苯苯胺）制成的横梁结构二极管，并评估了膜的电流 - 电压特性。在这里，通过当前驾驶和四个终端测量进行真空进行评估。结果，观察到五苯和苯二苯胺的电流值的增加观察到负差异（NDR）现象。此外，通过一台热摄像机证实，从设备内部产生的热量在生成NDR的当前值附近变得明显。据估计，这次观察到的NDR现象是由有机半导体薄膜自加热引起的。还建议可以执行基于跳跃传导的观察到的电流 - 电压特性，以确定参数，例如热电阻和表征NDR现象的激活能，并推断设备的工作温度。同时，还努力观察并联NDR现象，以基于聚合物的半导体。具体而言，我们已经使用聚合物压印方法，聚合物多层膜的形成以及使用这些技术的有机同型薄膜晶体管生产了聚合物半导体薄膜的精细模式。此外，在双层膜的膜片样品和分子掺杂的噻吩基聚合物半导体中，通过3Ω方法进行了固有导热率和薄膜的固有导热率和界面热耐药性的分离和评估。结果为跟踪分子掺杂聚合物半导体的结构和热传输特性之间的相关性提供了一种新的方法。如上所述，在理解和控制当前电压特性与工作温度（电热特性）和有机半导体薄膜的热传输特性之间的相关性方面已经取得了有益的结果。