New Area Creation Science 대학원, 도쿄 대학, 자재 혁신 연구 센터, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소AIST, 도쿄 대학 고급 피연산자 측정 기술 오픈 혁신 연구소 (주 3), 일본 재료 및 재료 연구 연구소 인 Nanoarchitectonics (WPI-MANA) 국제 센터 (WPI-MANA)는 전 세계에서 처음으로 "라이브 바카라체-금속 전이"를 실험적으로 관찰했으며, 이는 매우 높은 순도 (4nm 두께)가 매우 높은 순도 (4nm 두께)와 결함이없는 유기농 결정자를 실험적으로 관찰했습니다 이번에 사용 된 유기 반도체 박막은 생산성이 높고 비용 효율적인 인쇄 공정을 사용하여 제작되었으며, 그 어느 때보 다 더 편리한 2 차원 전자 시스템을 실현할 수 있으며, 전자 상 전환에 대한 기본 연구 외에도 고속 전자 장치 및 양자 전자 장치에 대한 적용 연구에 대한 연구가 촉진 될 것으로 예상됩니다
이 연구 결과는 British Scientific Journal "자연 재료"는 2021 년 9 월 6 일 판에 실 릴 예정입니다이 연구는 일본 과학 홍보 협회 (JSPS)의 제휴 과학 연구를위한 일본 과학 학회 (JSPS) 보조금의 일부로 수행되었습니다 과학 기술 연구소 (JST) "전자 이론과 응축 된 플라스틱 기능의 생성 (JPMJFR2020)"(연구원 : Watanabe Shunichiro)
[연구 배경]
전자와 구멍이 고밀도로 흐르는 라이브 바카라 고체 물질에 주입되는 것으로 알려져 있으며, 재료는 전기를 흐르는 금속으로 흐르는 라이브 바카라체로부터 전기를 흐르는 금속으로 변합니다 이 "라이브 바카라체-금속 전이"는 고체 재료의 전자 상 전이이며 오랫동안 적극적으로 연구되어 왔습니다 라이브 바카라체-금속 전이에 대한 연구는 반도체 특성을 갖는 유기 반도체 결정에 대해 20 년 동안 진행되었지만 실험적으로 입증되지는 않았다 이것은 결함이없는 매우 고급 유기 반도체 박막을 제조하기가 어려웠 기 때문입니다 또한, 유기 반도체 결정은 분자간 힘과 만 약한 상호 작용으로 구성되기 때문에 외부 세계의 교란에 취약하여 고밀도로 전하를 주입하기가 어렵다
[연구 내용]
이 연구 그룹은 이전에 인쇄 공정을 사용하여 두께의 두께의 여러 층으로 유기 반도체 단결정 박막을 제조하기위한 방법/기술을 개발했습니다(주 4)이 방법에 의해 얻어진 유기 반도체 C8-DNBDT 박막의 표면은 작은 결함이 없으며 박막의 분자 층의 수는 정확하게 제어되므로 (도 1), 우리는 그것을 라이브 바카라체-금지 전이를 입증하기에 가장 적합한 박막으로 간주한다 (도 1) 이러한 고품질의 박막 표면 사용,전기 이중 레이어 트랜지스터 구조 (EDLT : Note 5)| (그림 1) EDLT는 전형적인 필드 이펙트 트랜지스터의 라이브 바카라체 층을 이온 성 액체 (그림 1의 TFSI)로 교체하는 방법으로, 고밀도 충전을 작은 전압으로 이식 할 수 있습니다
이번에는 EDLT가 C8-DNBDT에서 4 개의 분자 당 1 개의 전하에 해당하는 고밀도 구멍을 유도하는 데 사용되었을 때, 260K의 시트 저항은 낮았다 (17kΩ)r시트)가 얻어졌다 이것은 일반적인 필드 효과 트랜지스터가 사용될 때보 다 저 순서의 값이며 라이브 바카라체 금속 전이의 지표양자 저항 (258 kΩ : 참고 6)에 비해 값이 상당히 작습니다 고밀도 캐리어 주입의 실현으로, C8-DNBDT 박막의 시트 저항은 약 10K의 저온으로 단조로 감소하여 세계에서 처음으로 유기 반도체 결정에서도 금속 상태가 실현된다는 것을 분명히한다 (도 2) 또한,홀 효과 측정 (주 7)캐리어 획득이동성 (주 8)의 온도 의존성이 발견되었습니다 2 차원 전자 시스템의 표준 모델과 일치하며,이 시스템에서 2 차원 홀 가스가 하나의 분자 층의 두께에 갇히는 것으로 밝혀졌다
[시놉시스, 문제, 전망]
2 차원 전자 가스 및 2 차원 홀 가스는 일반적으로 원자 층이있는 무기 재료의 인터페이스에서 실현됩니다 대조적으로, 이번에 얻은 유기 2 차원 홀 가스는 자발적으로 어셈블리를 형성하는 유기 반도체의 표면에서 쉽게 실현 될 수 있음이 입증되었다 또한 유기 2 차원 홀 가스의 전기 저항성은 무기 재료의 전기 저항성과 유사하다는 것이 밝혀졌다 유기 반도체의 전자 상 전이에 대한 기본 연구 외에도, 고속 전자 장치 및 양자 전자 장치에 대한 적용이 가속화 될 것으로 예상됩니다
그림 1 (a) C8-DNBDT의 구조 공식 하나의 분자는 파이 접합 된 전자 시스템과 양쪽 끝에 OCTYL 그룹을 갖는 골격으로 구성됩니다 (b) 왼쪽은 C8-DNBDT의 단결정을 사용하여 전기 이중 층 트랜지스터 (EDLT)의 개략도입니다 오른쪽은 이온 성 액체와 C8-DNBDT 사이의 인터페이스의 개략도입니다 반도체의 표면에 침착 된 이온 성 액체의 음이온과 캐리어 전도성 층 (C8-DNBDT의 파이-접합 된 골격), 구멍 캐리어가 유도되는 경우, 결정 구조와 함께 배열 된 OCTYL 그룹으로 만들어진 라이브 바카라 층이 있으며, 음향 및 구멍을 물리적으로 분리하는 벽으로서 작용하는 라이브 바카라 층이있다 펜 : 폴리에틸렌 나프탈 레이트, EMIM : 이온 성 액체를 구성하는 전형적인 양이온 및 TFSI : 이온 성 액체를 구성하는 전형적인 음이온 DNBDT :이 연구 그룹이 개발 한 헤테로 아센 골격을 갖는 P 형 유기 반도체 코어
그림 2 왼쪽 다이어그램은 각 게이트 전압을 보여줍니다Vgr시트온도t의존성n홀, 180 K캐리어 밀도를 나타냅니다 점선 검은 선은 양자화 저항입니다H/e2(~ 258 kΩ)를 나타냅니다 오른쪽 상단 이미지는 제조 된 장치의 미세한 이미지를 보여줍니다 오른쪽 아래 이미지는 2 차원 분자 평면에서 여러 C8-DNBDT 분자에 걸쳐 퍼진 전자를 보여줍니다 여러 샘플에서 고밀도에서 전하를 주입함으로써 라이브 바카라체-금속 전이가 입증되었다 (샘플 1, 샘플 2) 샘플 2에서, 최소 시트 저항의 2kΩ가 얻어졌다
잡지 이름 : "자연 재료"(온라인 버전 : 9 월 6 일)
종이 제목 : 유기 반도체의 2 차원 구멍 가스
저자 : Naotaka Kasuya, Junto Tsurumi, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe*및 Jun Takeya*
doi 번호 : 101038/s41563-021-01074-4
Abstract URL :https : //doiorg/101038/s41563-021-01074-4