利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.30】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0332

利用課題名 / Title

層状結晶性有機半導体の構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学

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）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）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

キーワード / Keywords

X線回折/X-ray diffraction,高品質プロセス材料/ High quality process materials,コンポジット材料/ Composite material

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)

二階堂　圭

所属名 / Affiliation

東京大学

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

長谷川　達生

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

UT-451：粉末X線回折装置
UT-202：高輝度In-plane型X線回折装置
 UT-203：粉末X線回折装置

報告書データ / Report

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

層状結晶性有機半導体の混合系の固溶体について、層状結晶構造の格子定数の評価のため東京大学の設備を利用し、粉末X線回折測定を行った。

実験 / Experimental

拡張パイ電子骨格である[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (BTBT) ^[1]にアルキル基を対称および非対称に置換した有機半導体di-C₈-BTBTとmono-C₈-BTBT（Fig.1(a)）について、これら2分子を用いた等モル比組成の混合系の作製と固相の層状構造の評価を行った。混合系は120^oCで溶融後、室温まで冷却することで作製し、得られた結晶性粉末について粉末X線回折装置（UT-451）を用いたX線回折パターンの取得と格子定数の解析を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.1(b, c)にdi-C₈-BTBTとmono-C₈-BTBTの単成分系とこれらの等モル比組成の混合系の粉末X線回折パターンを示す。これらの単成分系については既報の結晶構造^[2]から予想される回折パターンと合致しており、層状ヘリンボーン構造に対応する結晶構造を示すことを確認した。一方、これら混合系においては溶融後に結晶化させることでFig.1(b)に示すように単成分系とは異なる回折パターンを示した。また積層周期に対応する(00l)面による回折が見られる q < 0.7 Å⁻¹ の範囲（Fig.1(c)）のプロファイルから混合系では単成分系由来のピークは見られず、固溶体を形成していることが分かった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 (a) The molecular structure of the di-C₈-BTBT and mono-C₈-BTBT. (b) Powder X ray diffraction (XRD) patterns of the pure compounds of di-C₈-BTBT, mono-C₈-BTBT and the equimolar mixture. (c) The magnified profiles of the powder XRD patterns in the range of q < 0.7 Å⁻¹.

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

[1] K. Takimiya, I. Osaka, T. Mori, and M. Nakano, Acc. Chem. Res. 47, 1493 (2014).
[2] G. Gbabode, M. Dohr, C. Niebel, J. Y. Balandier, C. Ruzié, P. Négrier, D. Mondieig, Y. H. Geerts, R. Resel, and M. Sferrazza, ACS Appl. Mater. Interfaces 6, 13413 (2014).

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)

Kiyoshi Nikaido, Mixing‐Induced Orientational Ordering in Liquid‐Crystalline Organic Semiconductors, Advanced Materials Interfaces, 9, (2022).
DOI: 10.1002/admi.202201789

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

二階堂圭，井上悟，都築誠二，荒井俊人，長谷川達生，”層状有機半導体における混合誘起多形制御と高効率キャリア輸送”, 日本物理学会 2022年秋季大会ポスター発表, 2022/9/13
二階堂圭，井上悟，都築誠二，熊井玲児，荒井俊人，長谷川達生，”層状有機半導体pTol-BTBT-Cn系における分子混合による結晶多形制御と薄膜トランジスタ特性”第83回応用物理学会秋季学術講演会口頭発表, 2022/9/20
二階堂圭，井上悟，長谷川達生，”アルキル置換有機半導体における層状液晶相の誘発と無溶媒塗布製膜”第70回応用物理学会春季学術講演会口頭発表, 2023/3/16

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