発表論文

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セルフコンタクト有機トランジスタ
有機トンランジスタではソース・ドレイン電極と活性層との間の接触抵抗が性能を下げるひとつの原因になりますが、我々は(TTF)(TCNQ)などの有機電荷移動錯体を電極に用いることで接触抵抗の非常に小さいトランジスタが作れることを明らかにしました[1]。また電荷移動錯体の代わりにカーボンを電極に用いても接触抵抗の小さいトランジスタを作ることができることを報告しました[2]。最初の方法では(TTF)(TCNQ)などの電荷移動錯体の蒸着膜を電極としていましたが、電荷移動錯体ナノ粒子を用いれば蒸着できない無機イオンとの組み合わせによるカチオンラジカル塩、アニオンラジカル塩も電極として用いることができます[3]。これを進めて、活性層の一部を電荷移動錯体として高伝導化し、この部分を電極に用いたトランジスタを実現し、活性層と同じ有機物が電極となるのでセルフコンタクト有機トランジスタと呼んでいます[4,5]。この方法はシリコンでは基本となる化学ドープを有機エレクトロニクスに応用したものとみることができます。これに関連して、高性能なトランジスタ材料として有名なBTBTを電荷移動錯体にすると金属的な高伝導性を示す(BTBT)2PF6といった錯体ができることを発見しました[6]BTBT(BTBT)(TCNQ)といった電荷移動錯体も作りますが、こちらの方は交互積層型で、n型のトランジスタ特性を示します[7]
[1] "(Tetrathiafulvalene)(Tetracyanoquinodimethane) as a Low-Contact-Resistance Electrode for Organic Transistors," K. Shibata, H. Wada, K. Ishikawa, H. Takezoe, and T. Mori, Appl. Phys. Lett. 90, 193509 (2007).
[2] "Solution-Processed Carbon Electrodes for Organic Field-Effect Transistors," H. Wada and T. Mori, Appl. Phys. Lett.
93, 213303 (2008). 
[3] "Charge Injection from Organic Charge-Transfer Salts to Organic Semiconductors," T. Kadoya, D. de Caro, K. Jacob, C. Faulmann, L. Valade, and T. Mori, J. Mater. Chem. 21, 18421 (4 pages) (2011).
[4] "Self-Contact Thin-Film Organic Transistors Based on Tetramethyltetrathiafulvalene," S. Tamura, T. Kadoya, T. Kawamoto, and T. Mori, Appl. Phys. Lett102, 063305 (2013).
[5]
"All-Organic Self-Contact Transistors," S. Tamura, T. Kadoya, and T. Mori, Appl. Phys. Lett. 105(2), 023301 (2014).
[6] "Benzothienobenzothiophene-Based Molecular Conductors: High Conductivity, Large Thermoelectric Power Factor, and One-Dimensional Instability" Y. Kiyota, T. Kadoya, K. Yamamoto, K. Iijima, T. Higashino, T. Kawamoto, K. Takimiya,  and T. Mori, J. Am. Chem. Soc. 138(11), 3920-3925 (2016).
[7] "Charge-Transfer Complexes of Benzothienobenzothiophene with Tetracyanoquinodimethane and the n-Channel Organic Field-Effect Transistors
," R. Sato, M. Dogishi, T. Higashino, T. Kadoya, T. Kawamoto, T. Mori, J. Phys. Chem. C 121(12), 6561-6568 (2017).

 

新しい有機トランジスタ材料の開発

TTFはドナー性が強いためnormally-onになりやすいトランジスタ材料ですが、バルキー置換基を入れると動作が安定します[8,9]。ジーンズの青色染料として有名なインジゴにフェニル基を入れて、1 cm2/Vs近い移動度を示すアンバイポーラトランジスタ材料を開発しました[10]DMDCNQIn型トランジスタ特性を示しますが[11]、分子量が小さいため低真空蒸着が必要です[12]。ロダニン二量体は非常に安定なn型トランジスタ材料となります[13]
[8] "Stabilization of Organic Field-Effect Transistors in Hexamethylenetetrathiafulvalene Derivatives Substituted by Bulky Alkyl Groups," M. Kanno, Y. Bando, T. Shirahata, J. Inoue, H. Wada, and T. Mori, J. Mater. Chem. 19(26), 6548-6555 (2009).
[9] "Stabilization of Organic Field-Effect Transistors by tert-Butyl Groups in Dibenzotetrathiafulvalene Derivatives," J. Nagakubo, M. Ashizawa, T. Kawamoto, A. Tanioka, and T. Mori, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 14370-14377 (2011).
[10] "High Performance Ambipolar Organic Field-Effect Transistors Based on Indigo Derivatives," O. Pitayatanakul, T. Higashino, M. Tanaka, H. Kojima, M. Ashizawa, T. Kawamoto, H. Matsumoto, K. Ishikawa, and T. Mori, J. Mater. Chem. C, 2, 9311-9317 (2014).
[11] "Contact Resistance and Electrode Material Dependence of Air-Stable n-Channel Organic Field-Effect Transistors Using Dimethyldicyanoquinonediimine (DMDCNQI)," H. Wada, K. Shibata, Y. Bando, T. Mori, J. Mater. Chem. 18,
4165-4171 (2008).
[12] "Organic Field-Effect Transistors Based on Small-Molecule Organic Semiconductors Evaporated under Low Vacuum
," T.Takahashi, S. Tamura, Y. Akiyama, T.Kadoya, T. Kawamoto, and T. Mori,Appl. Phys. Exp. 5, 061601 (3 pages) (2012).
[13] "Birhodanines
and their Sulfur Analogues for Air-Stable n-Channel Organic Transistors," K. Iijima, Y. Le Gal, T. Higashino, D. Lorcy, and T. Mori, J. Mater. Chem. C, 5, 9121 - 9127 (2017).

有機トランジスタのトラップ状態解析
有機トランジスタの特性の温度依存性から、有機半導体のトラップ状態を解析することができます。我々は界面近似でのトランジスタ特性の式から、トラップ状態を与えてトランジスタ特性を再現し[14]、トラップをすべて埋めるほどゲート電圧が高くなるとバンド伝導が起こることを明らかにしました[15]。これを利用してas-grownの単結晶トランジスタで液体ヘリウム温度までバンド伝導を示すトランジスタを実現しました[16]
[14] "Trap Density of States in n-Channel Organic Transistors: Variable Temperature Characteristics and Band Transport," J. Cho, Y. Akiyama, T.Kakinuma, and T. Mori, AIP Advances3, 102131 (2013).
[15] "Analysing Organic Transistors Based on Interface Approximation," Y. Akiyama and T. Mori, AIP Advances, 4(1), 017126 (2014).
[16] "Band-like Transport down to 20 K in Organic Single-Crystal Transistors Based on Dioctylbenzothienobenzothiophene," J. Cho, T. Higashino, and T. Mori, Appl. Phys. Lett. 106, 193303 (2015).

●これまでの主な研究

(1) 非線形伝導の非線形力学による解析

半導体化する有機導体に高い電圧をかけると、電気抵抗がオームの法則からはずれて減少する負性抵抗などの非線形伝導が観測されることがあります。我々はさらに自発的に抵抗が振動する現象を発見し、有機サイリスタと名付けました。こうした非線形伝導の特性は、エネルギー保存則にもとづいた現象論から説明することができます[17]。このような現象論は非線形力学系となっていて、電圧-電流特性ばかりでなく、振動や、ランダムな出力電圧を生ずるカオス状態を再現することができます。「非線形伝導」と「非線形力学系」は、それぞれ物性物理と数理科学におけるまったく異なった概念ですが、これらを結びつけることによって新しい分野の創生を目指します。
[17] "Nonlinear Dynamics of Conduction Electrons in Organic Conductors," T. Mori, T. Ozawa, Y. Bando, T. Kawamoto, S. Niizeki, H. Mori, I. Terasaki, Phys. Rev. B 79, 115108 (2009). 

(2) インコメンシュレート有機超伝導体、エキゾティック有機超伝導体

不定比組成の有機導体:

[18] "Organic Conductors with Unusual Band Fillings," T. Mori, Chem. Rev. 104(11), 4947-4970 (2004) (Review).

[19] "Organic superconductors with an incommensurate anion structure" T. Kawamoto and K. Takimiya, Sci. Tech. Adv. Mater. 10(2) 024303 (2009).

(3) ゼロギャップ有機伝導体
[20] "Requirements for Zero-Gap States in Organic Conductors," T. Mori, J. Phys. Soc. Jpn. 79(1), 014703 (2010). 
[21] "Zero-Gap States of Organic Conductors in the Presence of Non-Stripe Charge Order, " T. Mori, J. Phys. Soc. Jpn82, 034712 (2013).

(4) 有機導体の研究史 「分子性物質の電気伝導 有機超伝導から有機エレクトロニクスまで」 Molecular Science,  2, A0024 (2008). 

(5) 有機伝導体の電荷整列と非線形伝導

三角格子上の三倍周期電荷整列 日本物理学会誌 
Organic Thyristor 

全般的レビュー:"New aspects of nonlinear conductivity in organic charge-transfer salts," T. Mori, I. Terasaki and H. Mori, J Mater. Chem. 17, 4343-4347 (2007) Highlight. 

電荷整列の理論:"Non-Stripe Charge Order in the π-Phase Organic Conductors," T. Mori, J. Phys. Soc. Jpn. 72(6), 1469-1475  (2003). 

有機サイリスタ:"An Organic Thyristor," F. Sawano, I. Terasaki, H. Mori, T. Mori, M. Watanabe, N. Ikeda, Y. Nogami, Y. Noda, Nature, 437, 522-524 (2005). 

2の有機サイリスタ:"Giant Nonlinear Conductivity and Spontaneous Current Oscillation in an Incommensurate Organic Conductor," T. Mori, Y. Bando, T. Kawamoto, I. Terasaki, K. Takimiya, and T. Otsubo, Phys. Rev. Lett. 100, 037001 (2008). 

(6) インコメンシュレート有機超伝導体、エキゾティック有機超伝導体

インコメンシュレート反強磁性絶縁相:"Superconductivity Competing with the Incommensurate Antiferromagnetic Insulating State in the Organic Conductor (MDT-TS)(AuI2)0.441," T. Kawamoto, Y. Bando, T. Mori, K. Takimiya, and T. Otsubo, Phys. Rev. B 71, 052501 (2005). コピー

不定比組成の有機超伝導体を含む有機導体全般のレビュー:"Organic Conductors - From Fundamentals to Nonlinear Conductivity," T. Mori and T. Kawamoto, Ann. Rep. Prog. Chem. Sect. C Phys. Chem. 103, 134-172 (2007) Review. コピー 

 (7) BEDT-TTF系有機伝導体の構造と物性の系統性

"Structural Genealogy of BEDT-TTF-Based Organic Conductors I. Parallel Molecules: β and β" Phases," T. Mori, Bull. Chem. Soc. Jpn. 71, 2509-2526 (1998). コピー

"Structural Genealogy of BEDT-TTF-Based Organic Conductors II. Inclined Molecules: θ, α, and κ Phases," T. Mori, H. Mori, and S. Tanaka, Bull. Chem. Soc. Jpn. 72, 179-197 (1999). コピー

"Structural Genealogy of BEDT-TTF-Based Organic Conductors III. Twisted Molecules: δ and α' Phases," T. Mori, Bull. Chem. Soc. Jpn. 72, 2011-2027 (1999). コピー

"Systematic Study of the electronic state in θ-Phase BEDT-TTF Organic Conductors by Changing the Electronic Correlation," H. Mori, S. Tanaka, and T. Mori, Phys. Rev., B 57, 12023-12029 (1998). コピー

(8) πd系の解析

"Estimation of πd-Interactions in Organic Conductors Including Magnetic Anions," T. Mori and M. Katsuhara, J. Phys. Soc. Jpn. 71(3) 826-844 (2002). コピー

"Estimation of πd-Interactions in Magnetic Molecular Conductors," T. Mori, M. Katsuhara, H. Akutsu, K. Kikuchi, J. Yamada, H. Fujiwara, T. Matsumoto and T. Sugimoto, Polyhedron, 24(16-17), 2315-2320 (2005).

●著書

「光・電子機能材料ハンドブック」堀江、谷口編、朝倉書店(1995)(共著)pp561-577589-601

「材料科学への招待」入戸野編、倍風館(1997)(共著)pp73-80

「物理化学演習」森健彦、関一彦著、岩波書店 (2000)。 正誤表

「分子エレクトロニクスの基礎―有機伝導体の電子論から応用まで」森健彦著 化学同人 (2013) 正誤表.

"Electronic Properties of Organic Conductors" T. Mori, Springer (2016).

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