出版社内容情報
☆21世紀に全面的な開花が期待される有機半導体の研究・開発・応用分野の展望！！
☆20世紀の有機半導体の研究・開発を，機能・素子・作製技術・材料の観点から概括！！
☆材料的観点からの詳細な索引を付し，利用しやすい構成とした。
【は じ め に】
有機材料によるトランジスタ，ＦＥＴ実現への夢は，導電性高分子の実現から始まり，1970年代の分子素子の提案など多くの挑戦が行われてきた。
20世紀の初頭からアントラセンなどの芳香族化合物の電気的な性質の測定が行われてきた。これらの研究が1963年，アントラセン単結晶のキャリアー注入型電界発光の発見をもたらし，現在の有機ＬＥＤ素子へと繋がっている。
有機化合物の電気物性研究の中で，「光の照射で電気伝導が向上する」という発見がなされた。「光を有機化合物に照射すると電子が発生し、移動する」いわゆるＯＰＣ(Organic Photo-Conductor)材料の実現である。この原理を利用したものが，オフィスなどで広く利用されている複写機である。現在の97％以上の複写機にはこのＯＰＣが使われている。
このＯＰＣの成功を基礎に，有機ＬＥＤ(Light Emitting Diode)が大きく成功し始めている。これは、有機半導体薄膜に，大きな電場により，電子とホールを注入し発光させるものである。
20世紀におけるこれらの実用化の成功とそれを支えた研究開発は，有機化合物材料中での①電子の発生，②電子の移動，③金属界面からの電子の注入などの基本的な現象を明らかにしてきた。さらに，材料研究の中で，電子をコントロールするのに適した材料も合成され，我々の手に出来るようになってきた。これらの発展として21世紀においては，本格的に有機化合物材料中で電子をコントロールする事が現実的になってきている。20世紀における有機半導体物性解明の進展、実用的にも良好な多くの材料の開発をベースとして、有機半導体の研究開発分野は、21世紀において，全面的に開花しようとしている。
本書は，20世紀での研究開発を機能，素子の観点，作製技術の観点，材料の観点から概括することにより，21世紀での本格的なこの分野の開花のための研究開発に役立てようとするものである。材料的な視点は独立させることより，索引を充実させることにより，利用しやすい構成とした。各位のご利用を期待している。
2003年10月13日 上田にて 谷口彬雄
【執筆者一覧（執筆順）】
谷口 彬雄 信州大学 繊維学部 機能高分子学科 教授
小林 俊介 産業技術総合研究所 光技術研究部門 主任研究員
堀田 収 （財）産業創造研究所 光マテリアル研究部 部長
柳 久雄 神戸大学 工学部 応用化学科 助手
市川 結 信州大学 繊維学部 機能高分子学科 助手
工藤 一浩 千葉大学 工学部 電子機械工学科 教授
太田 正文 （株）リコー 研究開発本部 中央研究所 第三材料研究センター センター長
安達千波矢 千歳科学技術大学 物質光科学科 助教授；科学技術振興機構
合志 憲一 千歳科学技術大学 物質光科学科；科学技術振興機構
河村祐一郎 科学技術振興機構
中出 正悟 ノキア・ジャパン（株） ノキア・リサーチセンター リサーチエンジニア
柳田 祥三 大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 教授
青木 良康 昭栄（株） 研究開発センター 部付部長
小松 昭彦 ルビコン（株） 第２研究部 部次長
桜井 美成 ルビコン（株） 第２研究部
柴 哲夫 ルビコン（株） 第２研究部
高橋 芳行 東京理科大学 理学部 化学科 助手
松井 淳 東北大学 多元物質科学研究所 助手
宮下 徳治 東北大学 多元物質科学研究所 教授
藤田 淳一 筑波大学 物理工学系 助教授
和田 恭雄 早稲田大学 ナノテクノロジー研究所 教授
半那 純一 東京工業大学大学院 理工学研究科 附属像情報工学研究施設 教授
吉田 郵司 産業技術総合研究所 光技術研究部門 分子薄膜グループ 主任研究員
吉本 則之 岩手大学 工学部 材料物性工学科 助教授
島田 敏宏 東京大学 理学部 化学科 助教授
下田 達也 セイコーエプソン（株） 研究開発本部 テクノロジープラットフォーム研究所 所長
【構成および内容】
序 章 なぜ今有機半導体なのか 谷口彬雄
１．２０世紀の有機半導体概念の芽生え ・・・・・・・・・・・・・1
１．１ 有機半導体材料をめぐる社会的背景
１．２ 有機半導体概念の芽生え
１．３ 有機半導体材料の実用化
２．２１世紀のカーボンテクノロジーへの飛躍 ・・・・・・・・・・2
３．分子の個性から組み上げる半導体 ・・・・・・・・・・・・・・・3
４．有機半導体の多様性を活かそう ・・・・・・・・・・・・・・・・・3
第Ⅰ編 有機半導体素子編
第１章 有機トランジスタ
１．溶液プロセスによる有機半導体を用いるトランジスタ ・・・・7 小林俊介
１．１ はじめに
１．２ 構造と動作原理
１．３ 有機半導体（溶液プロセス）
１．３．１ チオフェン系高分子
１．３．２ 液晶性高分子
１．４ 有機トランジスタの動作特性
１．４．１ 電極／半導体界面における接触抵抗
１．４．２． ＴＦＴのチャンネル・ポテンシャルの直接観測（scanning Kelvin probe force microscopy）
１．４．３ 性能の良いＢＣ ＴＦＴ
１．４．４ baias stress effects
１．５ おわりに
２．結晶系有機トランジスタ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・19 堀田 収，柳 久雄，市川 結，谷口彬雄
２．１ はじめに：シリコンＦＥＴと有機ＦＥＴ
２．２ いろいろな有機結晶とその構造・形態的特徴
２．３ 有機結晶を用いたＦＥＴ素子の作製と動作特性
２．４ 将来展望と課題
３．有機トランジスタの展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・27 工藤一浩
３．１ 有機トランジスタ実用化への課題と開発状況
３．２ 有機集積回路応用
３．３ 情報タグ
３．４ 光電変換素子
３．５ 表示デバイス
３．６ センサ応用
３．７ 今後の展開
第２章 電子写真用感光体 太田正文
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・36
２．電子写真プロセスの概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・37
３．ＯＰＣ材料の概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・37
４．ＯＰＣ用材料 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・38
４．１ 色素増感材料
４．２ 電荷移動錯体材料
４．３ 電荷発生材料
４．３．１ アゾ顔料
４．３．２ フタロシアニン顔料
４．３．３ その他の顔料
４．４ 電荷輸送材料
４．４．１ 低分子型ホールキャリア輸送材料
４．４．２ 高分子型ホールキャリア輸送材料
４．４．３ 電子輸送材料
５．今後の展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・49
第３章 有機ＬＥＤ 安達千波矢，合志憲一，河村祐一郎
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・51
２．ＯＬＥＤの発光効率 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・51
３．リン光材料Ⅰ（重原子含有型有機金属化合物）・・・53
４．リン光材料Ⅱ（希土類含有型有機金属錯体）・・・・・56
５．ホスト材料およびデバイス構造の最適化 ・・・・・・・58
６．全リン光性発色デバイス ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・62
７．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・64
第４章 色素増感太陽電池
―ナノサイズ酸化チタン膜電極の電子伝導と電子寿命― 中出正悟，柳田祥三
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・66
２ ．電子伝導 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67
２．１ 電子拡散係数
２．２ メソポーラスＴｉＯ２電極の電子拡散係数を決定する要素
２．２．１ 酸化チタン電極のモルフォロジーの影響
２．２．２ 酸化チタン電極の焼結温度の影響
２．２．３ 吸着色素の影響
２．２．４ アンバイポーラー拡散
３．電子の再結合寿命 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・74
３．１ 電子寿命とは
３．２ 電子寿命を決定する要素
３．２．１ 酸化チタン電極の表面処理
３．２．２ カチオンの種類と濃度
３．２．３ ホールの担い手
４．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・77
第５章 二次電池材料 青木良康
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・80
１．１ 二次電池材料として研究されている代表的導電性高分子
１．１．１ ポリアセチレン
１．１．２ ポリピロール，ポリチオフェン
１．１．３ ポリアニリン
１．２ 電気化学キャパシタ用材料としての導電性高分子
１．２．１ ポリアニリン
１．２．２ ポリピロール
１．２．３ ポリチオフェン
１．２．４ ポリインドール系導電性高分子
１．２．５ ポリアセンを正極・負極に用いた電気化学キャパシタ
１．２．６ ポリアセンキャパシタの実用化例
１．３ 今後の導電性高分子の電極材料への展開
第６章 コンデンサ材料 小松昭彦，桜井美成，柴 哲夫
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・91
２．アルミニウム電解コンデンサの基本構造 ・・・・・・・・・93
３．固体電解質の特徴と種類 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・95
３．１ ＴＣＮＱ錯塩
３．２ 導電性高分子
４．アルミニウム固体電解コンデンサの構造 ・・・・・・・・・97
５．アルミニウム固体電解コンデンサの製造方法 ・・・・・98
５．１ 加熱溶融によるＴＣＮＱ錯塩の充填
５．２ 電解重合法による導電性高分子層の形成
５．３ 化学重合法による導電性高分子層の形成
６．アルミニウム固体電解コンデンサの特性 ・・・・・・・・100
７．アルミニウム固体電解コンデンサの今後の課題・・・・101
第７章 圧電・焦電材料 高橋芳行
１．圧電性・焦電性の基本概念 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・104
１．１ 誘電体の分類
１．２ 高分子材料の圧電・焦電性
１．３ 基本定数の定義
２．強誘電性高分子 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・106
２．１ 強誘電性
２．２ フッ化ビニリデン系高分子
３．圧電材料 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・113
４．焦電材料 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・115
第８章 有機半導体レーザ 市川 結
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・118
２．レーザ活性材料 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・119
３．デバイス構造 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・123
３．１ 導波路型
３．２ 面発光型
４．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・127
第９章 インテリジェント材料
１．高分子ナノシートを用いた分子スイッチングとフォトダイオード・・・130 松井 淳，宮下徳治
１．１ はじめに
１．２ Langmuir-Blodgett膜および高分子ナノシート
１．３ フォトダイオードナノシート
１．４ 光駆動型AND論理演算素子
１．５ スイッチングデバイス
１．６ おわりに
２．カーボンナノチューブ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・141 藤田淳一
２．１ はじめに
２．２ ナノチューブの構造
２．３ ナノチューブの合成
２．４ ナノチューブの電気伝導
２．５ ナノチューブのエレクトロニクスデバイス
２．５．１ 電界効果トランジスタ，ロジック回路
２．５．２ トップゲートトランジスタ
２．５．３ バリスティック伝導
２．５．４ Inter-molecule素子
２．５．５ 燃料電池応用
２．５．６ その他のエレクトロニクス応用
２．６ エレクトロニクス応用の課題
２．７ おわりに
３．薄膜デバイスから単一分子デバイスへ ・・・・・・・・・・152 和田恭雄
３．１ はじめに－何故単一分子デバイスか
３．１．１ 超ＬＳＩの進歩と限界
３．１．２ 情報処理アーキテクチャと単一分子デバイスへの期待
３．２ 情報処理デバイスに要求される特性
３．３ 単一分子デバイス
３．３．１ 具体的な単一分子デバイスのアイデア
３．３．２ 量子コンピュータ用単一分子デバイスの可能性
３．４ 分子プロセッサの実現に向けて
３．４．１ 実現に向けたマイルストーン
３．４．２ 第一のマイルストーン達成を目指して
３．４．３ 集積化と分子プロセッサ実現への道
３．５ おわりに
第10章 液晶性有機半導体 半那純一
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・165
２．有機半導体の現状 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・166
３．液晶の電気伝導 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・169
４．物質形態と伝導の次元性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・170
５．液晶性有機半導体の材料基盤 ・・・・・・・・・・・・・・・・174
６．電荷輸送特性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・175
６．１ 配向秩序
６．２ 両極性電荷輸送
６．３ 温度・電場依存性
６．４ バルク特性と不純物
６．５ 界面特性
６．６ 電荷輸送のモデル化
７．デバイス応用 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・183
８．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・186
第II編 プロセス編
第１章 分子配列・配向制御 吉田郵司
１．分子の形と配向特性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・195
２．基板への配向特性と制御パラメータ ・・・・・・・・・・・196
３．各分子形状による配向制御および特性制御 ・・・・・202
３．１ 直鎖状分子の例
３．２ 平面状分子の例
３．３ フラーレンの例
第２章 有機エピタキシャル成長 柳 久雄
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・209
２．有機分子の異方性とエピタキシャル成長 ・・・・・・・210
３．有機エピタキシャル薄膜の作製法 ・・・・・・・・・・・・213
４．有機エピタキシャル成長の例 ・・・・・・・・・・・・・・・・214
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・219
第３章 結晶成長 吉本則之
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・221
２．結晶成長の基礎 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・222
２．１ 結晶成長の駆動力と核形成
２．２ 多形現象と核形成
２．３ 配向制御と核形成
２．４ 結晶成長速度
３．結晶育成法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・226
３．１ 精 製
３．２ 溶液法
３．３ 融液法
３．４ 気相法
第４章 超薄膜作製 島田敏宏
１．はじめに－ヘテロ超薄膜作成の意義 ・・・・・・・・・・・・234
２．安定な超薄膜形成の条件 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・235
２．１ 熱力学的考察―wetting instability―
２．２ 表面・界面・凝集エネルギーの測定方法
３．形成手法とその特徴 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・238
３．１ 真空蒸着
３．２ 分子線蒸着
３．３ 蒸着重合（有機ＣＶＤ）
３．４ 自己組織化膜（Self Assembled Monolayer； SAM）
３．５ Langmuir-Blodgett 膜（ＬＢ膜）
３．６ 溶液噴射（溶液超薄膜法，スピンコート，インクジェット）
３．７ 電解質交互吸着
３．８ はけ塗り法による液晶のセルフスタンディング超薄膜
４．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・242
第５章 インクジェット製膜 下田達也
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・244
２．マイクロ液体プロセスによる薄膜製造プロセス ・・・・・245
２．１ 工程１：機能性材料のマイクロ液体の生成
２．１．１ 機能性材料のインク化技術
２．１．２ インクジェットヘッド
２．１．３ インク滴の生成・吐出現象
２．２ 工程２：マイクロ液体のパターニング工程
２．２．１ インクジェット装置とセミミクロ的なパターニング
２．２．２ 基板上の撥水・親水処理と液滴の自己組織的パターニング現象
２．３ 工程３：溶媒の乾燥による固体膜の形成
２．３．１ 溶媒の乾燥制御
２．３．２ 溶質のマイクロ輸送現象
３．有機薄膜トランジスター（有機ＴＦＴ）と回路の作成・・・・251
３．１ 有機ＴＦＴの構造と材料
３．２ ＴＦＴ作成プロセス
３．３ ＴＦＴ特性
３．４ 有機ＴＦＴ回路の作成と特性
４．有機ＥＬディスプレイの作成 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・258
４．１ ディスプレイ仕様と画素構造
４．２ 高分子材料のインク化
４．３ パターニング
４．４ 乾燥プロセス
４．５ ディスプレイ特性
５．インクジェットで製膜した薄膜の特徴 ・・・・・・・・・・・・・269
６．おわりに
索引 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・276
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