微結晶試料のテラヘルツスペクトルから物質固有のキャリア移動度を評価

発表のポイント

• 有機半導体の微結晶試料にフェムト秒ポンプ－プローブ分光法を適用し、光キャリアに由来するテラヘルツ域の光学伝導度スペクトルを精密に測定した。
• 高移動度有機半導体のプロトタイプであるルブレンの微結晶試料の光学伝導度スペクトルを、結晶粒界におけるキャリアの散乱を考慮して解析することにより、単結晶でのキャリア移動度の予測が可能であることを実証した。
• 新たに合成される有機半導体の多くは微結晶試料として得られるため、本手法は高移動度有機半導体の探索に有効に活用できるものと期待される。

発表概要
ルブレンと呼ばれる有機分子性結晶を用いた高性能な単結晶電界効果トランジスタ（Field-Effect Transistor: FET）が作製されて以来、高移動度の有機半導体の開発が進められています。有機半導体の性能の指標であるキャリア移動度は、通常、その単結晶試料で作製したFETの伝達特性から評価されます。しかし、この伝達特性は、FETの品質、特に有機半導体結晶の表面の状態に強く依存します。そのため、その物質に固有の移動度を正確に見積もるには、極めて良質な単結晶FETを作製する必要があります。しかし、新たに合成される有機半導体は、多くの場合粉末状の微結晶として得られます。また、微結晶が得られても、単結晶FETに適したサイズの大きな単結晶を作製することは困難な場合がしばしばあります。そのため、微結晶の状態で移動度を評価できれば、高移動度有機半導体の探索を加速することができると考えられます。