Study on Carriers Generated in Ionic-Liquid-Gated Transistors Fabricated with PBTTT

摘要

有機トランジスターは有機半導体を活性層に用いており,電子ペーパーや生体センサーといったフレキシブルデバイスへの応用が期待されている.トランジスターにはソース,ドレイン,ゲートの3つの電極があり,ソースとゲート電極間に電圧を印加することで,有機半導体層に電荷が蓄積する.その際,有機半導体は構造を変え,キャリヤーが生成する.有機半導体の代表的な例として,導電性高分子がある.トランス型ポリアセチレンは縮退系導電性高分子であるが,それ以外のポリチオフエンやポリパラフエニレンなどの導電性高分子は非縮退系である.非縮退系導電性高分子では,電荷士e,スピン1/2のポーラロンと電荷±2e,スピン0のバイポーラロンの二種類のキャリヤーがあることが知られている.キャリヤーの種類はトランジスターの移動度や導電率といった電気特性に影響を与える.しかし,キャリヤーの種類と特性の関係や,バイポーラロンが生成する電荷密度(ドーピングレべル)は解明されていない.これらキャリヤー種の測定には可視近赤外吸収分光法や赤外吸収分光法を用いることができるが,ガラスの影響を受けたり,微小領域の観測が困難であったりすることから,実デバイスでの測定は難しい.また,電子スピン共鳴法では,駆動中のデバイスに対しても測定を行うことができるが,スピンを持たないバイポーラロンの直接観測をすることはできない.ラマン分光法はガラスの影響を受けずに,数十μmのサイズであるトランジスターのチャネル領域の観測が可能であり,ポーラロンとバイポーラロンを区別して観測する事ができるため,キャリヤー解析において有用な手法である.また,イオン液体を用いてドーピングを行う電気化学トランジスター(Ionic-Liquid-Gated Transistor, ILGT)では,電気化学測定により,有機層に蓄積する電荷量を測定する事ができる.本論文では,poly(2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno3,2-b thiophene) (PBTTT)を用いてILGTを作製した. PBTTTのポーラロンおよびバイポーラロンのラマンスぺクトルは判明していないため,まずそれらのスぺクトルを特定する必要があった.その結果を用いて,ILGT内に生成するキャリヤー種の特定を行い,ラマン分光測定と電気化学測定を組み合わせることで,ILGT内に生成するキャリヤーの種類とトランジスター特性の関係,またバイポーラロンの生成とドーピングレベルの関係について研究した.本記事では紙面の都合から,主に博士論文の第二章につい