有機半導体

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有機半導体(ゆうきはんどうたい, Organic Semiconductor, OSC)は、半導体としての性質を示す有機物のことである。

半導体特性は、ペンタセンアントラセンルブレンなどの多環芳香族炭化水素や、テトラシアノキノジメタン (TCNQ) などの低分子化合物をはじめ、ポリアセチレンやポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)などのポリマーでも発現する。

有機半導体には有機電荷移動錯体と、ポリアセチレンポリピロールポリアニリンのような様々な直鎖状ポリマーがある。電荷移動錯体は無機半導体と似た伝導メカニズムで起こる。そのようなメカニズムはバンドギャップによって分離された電子ホールの伝導層の存在により生じる。ポリアセリレン系の有機半導体も、無機のアモルファス半導体のようにトンネル効果や局在化状態、移動度ギャップ、フォノン支援ホッピングが伝導に関わっている。無機半導体のように、有機半導体もドーピングが可能である。ドーピングしたポリアニリン (Ormecon)やPEDOT:PSSの有機半導体は、"有機金属"としても知られる。

有機半導体の一般的なキャリアはπ電子でのホールや電子である。ほぼ全ての有機化合物は絶縁体であるが、広いπ共役系を持つ分子の場合、電子がπ電子雲を経由して移動することが可能である。多環芳香族炭化水素フタロシアニンの結晶がこの有機半導体の例である。

電荷移動錯体では、不対電子が長時間安定状態にあり、それがキャリアとなる。このタイプの有機半導体は電子供与性分子と電子受容性分子がペアになることで得られる。

歴史[編集]

電圧制御スイッチ - 1974年に作成されたアクティブ半導体ポリマーの電子デバイス

1954年赤松秀雄井口洋夫松永義夫によるペリレン臭素錯体の非常に高い導電度 (8 Ω·cm) の発見[1]によって電荷移動錯体の研究が始まった。1972年にTTF-TCNQ錯体の電荷移動錯体が金属並みの導電度を示すことが報告され、1980年にはTMTSFPF6錯体で超伝導が観測された。

1963年にWeissらにより、ヨウ素ドープしたポリピロールが高温状態下で電気抵抗率が測定され[2]1977年白川英樹らによってヨウ素をドープしたポリアセチレンのフィルムが高い伝導度を示したことが報告された[3]。この業績により、白川英樹2000年に「導電性高分子の発見と発展」を理由にノーベル化学賞を受賞した[4]

有機半導体材料[編集]

低分子系

など

高分子

などが挙げられる。

有機半導体を用いたデバイス[編集]

など

脚注[編集]

  1. ^ Nature, 173, 168 (1954)
  2. ^ BA Bolto, R McNeill and DE Weiss (1963). “Electronic Conduction in Polymers. III. Electronic Properties of Polypyrrole”. Australian Journal of Chemistry 16: 1090 - 1103. doi:10.1071/CH9631090. 
  3. ^ Hideki Shirakawa, Edwin J. Louis, Alan G. MacDiarmid, Chwan K. Chiang and Alan J. Heeger (1977). “Synthesis of electrically conducting organic polymers: halogen derivatives of polyacetylene, (CH)x”. J. Chem. Soc., Chem. Commun.: 578 - 580. doi:10.1039/C39770000578. 
  4. ^ ノーベル化学賞(2000年)

関連項目[編集]