東大ら,熱の電荷輸送妨害に強い有機半導体を作製

東京大学,筑波大学,北里大学,産業技術総合研究所は,電子輸送性(n型)有機半導体分子を均等なレンガ塀様式に整列させ,高移動度有機トランジスタに適したフレームワークを構築することに成功した(ニュースリリース)。

パイ電子系分子からなる有機半導体は,低温での製造が可能なことや,軽量性,フレキシビリティに優れるなどの特長を有するため,近未来のハイエンドデバイスへの応用が期待されている。

例えばIoT社会に必須な電子タグやマルチセンサーには論理回路が必須であり,高性能な有機トランジスタの開発が必要。特に,正孔を輸送キャリアとするp型有機半導体に比べて,高移動度,大気安定性に優れるn型有機半導体の開発は進んでおらず,n型有機半導体の分子構造と集合体構造との関係性を明らかにしつつ,有機トランジスタへの応用を図る必要がある。

今回,以前に報告していたパイ電子系に2つの窒素を持つn型有機半導体BQQDI誘導体が形成するレンガ塀(ブリックワーク)型の結晶構造に着目し,新たにかさ高い置換基を持つBQQDI誘導体を開発した。

中でも,環状アルカンであるシクロヘキシル置換基を持つCy6−BQQDIにおいて,レンガ(分子)の配置が整う効果が現れ,理論計算および有機トランジスタで評価すると,等方的かつ高い電子輸送能力が発現することが明らかとなった。

通常,置換基には溶解性向上のために直鎖型または分枝型アルキル基が用いられるが,今回,よりかさ高い環状置換基を用いることで,有機半導体分子が均等な配置となり,高性能化を実現した。

この成果により,かさ高い置換基の効果により,均等なBQQDI誘導体のレンガ塀構造を構築することができ,高性能n型有機半導体に有望であることが明らかになった。この成果を基に,かさ高い環状アルキル基の適切な修飾を探索することで,均等なレンガ塀構造を有し,かつ塗布法に適したn型有機半導体を実現できると考えられるという。

したがって,研究グループは今後,安価で環境に優しいハイエンドデバイスや,未利用エネルギーを活用するエネルギーハーベストなど,有機エレクトロニクス分野の研究開発を加速することが期待されるとしている。

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