代表的p型半導体材料“ペンタセン”の性能評価

n⁺-Si/SiO₂基板 (SiO₂ :200nm) に，n-Octyltrichlorosilane (OTS) [O0168] を用いてSAM処理を行いました。
基板を蒸着機にセットし，真空蒸着法によりペンタセン[P2524] の薄膜 (60 nm) を形成した後，金 (40 nm) を蒸着しソース・ドレイン電極を形成することで，トップコンタクト型OFET素子を作製しました (図１) 。素子評価は，窒素雰囲気下グローブボックス内にて行いました。

作製した素子の特性を図２および表1に示します。
窒素雰囲気下にて測定した結果，ペンタセンは安定なp型半導体特性を示しました。
また，OTS処理した素子ではFET性能の大幅な向上が見られ，ホール移動度 μ_max = 1.52cm²/Vs，on/off比 1.5 × 10⁷の良好な値が観測されています。

原子間力顕微鏡 (AFM) および薄膜X線構造解析 (XRD) を用いて，作製したペンタセン膜を解析しました。
AFM測定では，基板処理の有無に関わらず，どちらも非常に綺麗なテラス構造が観測されました (図３a)。
また，out-of-plane XRD測定では，どちらも (00h) に帰属されるピークが高次まで観測され，層間距離は15.5 Å (2θ = 5.72°)であることが分かりました (図３b)。
これらの結果は，ペンタセン分子は基板に対しedge-on配向した「薄膜相 (thin-film-phase) 」を形成していることを示しています。

bare (表面処理無し) のXRD解析では，ペンタセン分子のface-on配向に帰属可能なピーク (黒矢印) が観測されました (図３b)。これが電荷輸送の大きな律速となり，移動度の低下を起こしたと考えられます (図４a)。
一方，OTS処理した素子ではそのようなピークは観測されませんでした (図３b)。
これらの結果から，OTS処理した素子では理想的な薄膜相が形成され，FET性能の大幅な向上に繋がったと考えられます (図４b)。