【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24KT2520

利用課題名 / Title

マイクロ波共振器を用いた有機半導体の電荷輸送特性解明

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学 / Kyoto Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

有機エレクトロニクス,マイクロ波

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

崔 旭鎮

所属名 / Affiliation

京都大学　大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

三宅　直

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-251：パリレン成膜装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

有機エレクトロニクスに置いて有機半導体の電荷キャリア移動度は重要なパラメータであり、一般にはFETやSCLC、TOF測定などで見積もられる。有機半導体の電荷キャリア移動度は、有機半導体の集合状態に強く依存するので、表面とバルクでは有機半導体の電荷キャリア移動度が異なるという予想はなされているが、それを実証するのは難しく、実現されていない。それは同一方法で表面とバルクの電荷キャリア移動度を切り分けて定量できる測定方法の不在によるものである。SCLCやTOF測定はバルクの電荷キャリア移動度を測定する。逆にFET測定は有機半導体と絶縁体の界面における電荷輸送を評価するため、バルクの移動度を測定できない。測定原理が異なる測定法間での得られた移動度を比較することは難しいため、バルクよりも表面の方が、乱れが大きく、電荷キャリア移動度が小さいという予想はなされているが、実験的な検証はなされていなかった。

実験 / Experimental

石英基板 (4.9mm×50mm×1mm) の上に電極としてTiを5nm、Auを30nm蒸着し、その上に絶縁層としてSiO₂を300nmスパッタ法で製膜した。その上に、パリレン成膜装置(KT-251)を用いてパリレンを500nm製膜した。この上にC8-BTBT、DPP-DTT、DNTTなどの有機半導体を製膜した。最後に上部電極としてAuを30nm蒸着することで素子を作製した。この素子をFI-TRMCのマイクロ波共振器に挿入し、電圧印加による電荷蓄積に伴うマイクロ波誘電損失を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

さまざまな絶縁層の上に有機半導体を製膜し、FI-TRMC測定を行った結果、低電圧を印加した場合は高い電荷キャリア移動度が測定されるのに対して、印加電圧を高くして行くと、ある電圧を境に移動度が低くなる現象が見られた。この現象はPMMA、PS、Cytopなどの一般的な高分子絶縁層において、C8-BTBT、DNTT、DPP-DTTなどの高移動度材料では漏れなく現れている。しかし、Parylene-Cを絶縁層と用いた場合には、この様な現象は見られず、低電圧と高電圧で移動度がほぼ等しいことが観測された。これはパリレンの表面が粗いため、界面での乱れがバルクまで届いているためであると推測される。その証拠として表面エネルギーがほぼ等しいパリレンとCytopにおいて、非線形性はCytopでは見られるが、パリレンでは見られなかった。これにより、バルクと表面の電荷キャリア移動度が異なるということを実証できると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図　(a) バルクと表面の乱れの差による非線形性の概念図
　　(b) 18 Vのゲート電圧を印加した際における垂直方向の電荷密度分布
　　(c) 表面電荷のゲート電圧依存性
　　(d) 表面乱れを反映して計算されたマイクロ波伝導度のシミュレーション結果（青線）と実験結果（白丸）

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Wookjin Choi, Impact of Gate Voltage on Mobility of Charge Carriers in Conductive Channel of Organic Molecular Semiconductors: Transport Landscape Assessed by Alternating and Direct Current Mode Techniques, Advanced Electronic Materials, 11, (2024).
   DOI: 10.1002/aelm.202400304
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 「有機半導体における電荷キャリア移動度のゲート電圧依存性の直接観察」、2024年 第85回応用物理学会秋季学術講演会

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件