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進化する有機半導体
〜有機エレクトロニクス創成に向けた光・電子機能デバイスへの応用最前線〜
[コードNo.06NTS157]

■体裁/ B5判・548頁
■発行/ 2006年 3月 17日
(株)エヌ・ティー・エス
■定価/ 46,440円(税込価格)

 シリコン半導体を駆使したエレクトロニクスは、ここ半世紀で究極の性能を達成してきたが、導電性高分子をはじめとする有機半導体が更なる発展を期待させている。
 本書では、基礎編にて有機半導体の特性や機能設計など最新の知見について紹介し、魅力あるポテンシャルの可能性を探った。また応用編にて、今日のエレクトロニクスをより高度に発展させる有機光・電子機能デバイスへの展開とその課題について幅広く触れ、「有機半導体」に期待される進化を展望した。

執筆者一覧(執筆順)
筒井哲夫九州大学大学院総合理工学研究院 教授
古川行夫早稲田大学理工学部 教授
金藤敬一九州工業大学大学院生命体工学研究科 教授
Anil Kumar Thakur九州工業大学大学院生命体工学研究科 博士研究員
赤木和夫筑波大学大学院数理物質科学研究科 教授/学際物質科学研究センター長
飯田洋筑波大学大学院数理物質科学研究科 博士課程
倉本憲幸山形大学大学院理工学研究科 教授
大坪徹夫広島大学大学院工学研究科 教授
瀧宮和男広島大学大学院工学研究科 助教授
奥本肇独立行政法人産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門分子ナノ物性グループ 主任研究員
南信次独立行政法人産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門 副部門長
青山哲也独立行政法人理化学研究所和田超分子科学研究室 研究員
和田達夫独立行政法人理化学研究所和田超分子科学研究室 主任研究員
青田浩幸関西大学工学部応用化学科 助教授
松本昭関西大学工学部応用化学科 教授
生駒忠昭東北大学多元物質科学研究所 助手
手老省三東北大学多元物質科学研究所 教授
河合壯奈良先端科学技術大学院大学物質科学教育研究センター 教授
佐々木孝彦東北大学金属材料研究所 助教授
荒木圭一信州大学繊維学部 研究員
市川結信州大学繊維学部 助手
谷口彬雄信州大学繊維学部 教授
御崎洋二愛媛大学工学部 教授
阪元洋一大学共同利用機関法人自然科学研究機構分子科学研究所分子スケールナノサイエンスセンター 助手
鈴木敏泰大学共同利用機関法人自然科学研究機構分子科学研究所分子スケールナノサイエンスセンター 助教授
原本雄一郎山梨大学大学院医学工学総合研究部 教授
岡畑恵雄東京工業大学フロンティア創造共同研究センター 教授/大学院生命理工学研究科 教授
川崎剛美東京工業大学大学院生命理工学研究科 助手
村田滋東京大学大学院総合文化研究科 助教授
荒金崇士出光興産株式会社電子材料部EL開発センターELソリューションチーム
飛田道昭ヒロセエンジニアリング株式会社研究開発室 リーダー/参事
石飛達郎ヒロセエンジニアリング株式会社研究開発室 主事
枝連一志ヒロセエンジニアリング株式会社研究開発室 主事
仲矢忠雄ヒロセエンジニアリング株式会社 常務取締役研究開発室長/大阪市立大学名誉教授
小林範久千葉大学大学院自然科学研究科 教授
佐藤宗英慶應義塾大学大学院基礎理工学専攻 大学院生
山元公寿慶應義塾大学理工学部 教授
都築俊満日本放送協会放送技術研究所
鈴木充典日本放送協会放送技術研究所
時任静士日本放送協会放送技術研究所 主任研究員
高木幸治名古屋工業大学大学院工学研究科 助教授
三上明義金沢工業大学工学部 電気系副主任/教授
安達千波矢九州大学未来化学創造センター 教授
中野谷一千歳科学技術大学大学院光科学研究科
夛田博一大阪大学大学院基礎工学研究科 教授
八尋正幸日本放送協会放送技術研究所(現在、九州大学未来化学創造センター)
柳嶋延欣東京理科大学理学部
池畑誠一郎東京理科大学大学院理学研究科 教授
大森裕大阪大学先端科学イノベーションセンター先端科学技術インキュべーション部門 教授
上原赫京都大学エネルギー理工学研究所 客員教授/大阪府立大学名誉教授
吉川暹京都大学エネルギー理工学研究所 教授
當摩哲也独立行政法人産業技術総合研究所太陽光発電研究センター有機薄膜チーム 研究員
斉藤和裕独立行政法人産業技術総合研究所太陽光発電研究センター有機薄膜チーム チーム長
谷垣宣孝独立行政法人産業技術総合研究所光技術研究部門デバイス機能化技術グループ 研究グループ長
溝黒登志子独立行政法人産業技術総合研究所光技術研究部門デバイス機能化技術グループ 研究員
望月博孝独立行政法人産業技術総合研究所光技術研究部門ガラス材料技術グループ 研究員
平賀隆独立行政法人産業技術総合研究所光技術研究部門 総括研究員
瀬川浩司東京大学大学院総合文化研究科 助教授
折原勝男山形大学工学部 助教授
譚迺迪山形大学大学院理工学研究科 博士後期課程3年
直井勝彦東京農工大学大学院共生科学技術研究部 教授
荻原信宏東京農工大学大学院共生科学技術研究部 助手
工藤康夫元松下電子部品株式会社
小野田光宣兵庫県立大学大学院工学研究科 教授
奥崎秀典山梨大学大学院医学工学総合研究部 助教授
中本裕之兵庫県立工業技術センターものづくり開発部情報技術担当 研究員
久保井亮一大阪大学大学院基礎工学研究科 教授
島内寿徳大阪大学大学院基礎工学研究科 助手
大川祐司独立行政法人物質・材料研究機構ナノマテリアル研究所 主幹研究員
青野正和独立行政法人物質・材料研究機構ナノマテリアル研究所 所長
居城邦治北海道大学電子科学研究所 教授
芥川智行北海道大学電子科学研究所 助教授
中村貴義北海道大学電子科学研究所 教授
坂口浩司静岡大学電子工学研究所 助教授/独立行政法人科学技術振興機構さきがけ
下村武史東京農工大学大学院共生科学技術研究部 助教授
伊藤耕三東京大学大学院新領域創成科学研究科 教授
石津浩二東京工業大学大学院理工学研究科 教授
藤木道也奈良先端科学技術大学院大学物質創成科学研究科 教授
笠井均東北大学多元物質科学研究所 助教授
及川英俊東北大学多元物質科学研究所 助教授
中西八郎東北大学多元物質科学研究所 教授

詳細目次
はじめに 有機エレクトロニクス〜大きな期待と現実の壁・そして今何をなすべきか〜

1有機半導体のルネッサンス
2なぜ、有機半導体
3無機半導体から有機半導体へ、パラダイムシフト
基礎編 有機半導体の科学

導電性高分子&オリゴマー系有機半導体
1.1導電性高分子の分子構造と電気伝導理論
1はじめに
2分子構造
3バンド理論
4吸収スペクトルと励起子効果
5素励起
6電気伝導
1.2導電性高分子の電気伝導特性と計測法
1はじめに
2導電性高分子の電気的特性
3導電率の測定法
4電極との接触
4.1導電性が高い材料の電導率の測定方法
4.2絶縁性材料の電導度の測定
5おわりに
1.3導電性高分子高機能化分子設計〜キラル液晶性導入を中心に〜
1はじめに
2側鎖にキラル置換基を有する主鎖型液晶性芳香族共役系高分子
2.1ポリマーの合成と性質
2.2円偏光二色性スペクトル
2.3円偏光蛍光スペクトル
3キラル化合物の添加による側鎖型液晶性芳香族共役系高分子へのキラリティ誘起
3.1液晶性ポリパラフェニレン誘導体とキラル化合物の性質
3.2液晶性ポリパラフェニレン誘導体へのキラル化合物の添加
3.3円偏光蛍光スペクトルの測定
4まとめ
1.4ポリアニリンの高機能化分子設計
1はじめに
2配向組織中におけるアニリンの重合による加工性の良好なポリアニリンの合成と応用
3二酸化チタンとポリアニリンを電極にした湿式太陽電池
4ポリアニリン誘導体を分散質とするエレクトロレオロジー流体(ER流体)
5二酸化チタンと複合加熱処理によるポリアニリンの導電性向上
6らせん構造光学活性ポリアニリン誘導体の合成と性質
7ポリアニリンの活性酸素発生能に関する研究
8ポリアニリンの酸化還元による伸張収縮現象を利用した人工筋肉アクチュエータ
1.5オリゴチオフェンの高機能化設計
1はじめに
2長鎖オリゴチオフェンの開発
3有機薄膜トランジスタ材料としてのオリゴチオフェン
4電界発光材料としてのオリゴチオフェン
5光電変換材料としてのオリゴチオフェン
6オリゴチオフェン自己集合単分子膜の光電変換素子
7おわりに
1.6オリゴシラン自己組織化膜の電荷輸送特性
1はじめに
2オリゴシラン自己組織化膜の作製法と構造
3自己組織化薄膜の構造と電荷輸送特性
3.1理想的な光過渡応答電流波形
3.2キャリア移動度の温度・電場依存性
3.3オリゴシラン主鎖長に依存する電荷輸送特性
3.4オリゴシラン末端基長に依存する電荷輸送特性
3.5ホッピング伝導の素過程を反映した単純な電荷輸送モデル
4おわりに
1.7高い電荷移動度を有す共役系有機半導体の開発
1はじめに
2電荷輸送材料
3電荷輸送モデル
4高移動度発現の材料設計
4.1共役系の拡張
4.2ガラス転移温度
5電界効果移動度
6おわりに
1.8水溶性狭バンドギャップポリマーの合成
1狭バンドギャップポリマーの現状
2天然の共役系分子“ポルフィリン"
3水溶性狭バンドギャップポリマーの合成
3.1非共役系ポリマーの合成
3.2共役系の形成
3.3狭バンドギャップ化の条件
4水溶性狭バンドギャップポリマーの物性
5まとめ
1.9光導電性高分子と導電機構とその機能
1はじめに
2キャリアの生成と輸送過程
3再結合・キャリア生成収率に対する磁場効果の機構
4正孔移動メカニズム
5励起三重項状態からのキャリア生成
6ホッピング機構とOnsagerモデル
7おわりに
1.10フォトクロミック分子によるπ共役系分子鎖の光機能化
1はじめに
2フォトクロミック分子による光スイッチング
3フォトクロミック分子による導電性高分子光スイッチ
低分子系有機半導体
2.1有機半導体の金属―絶縁体転移
1はじめに
2金属状態と絶縁体状態
3モット絶縁体と電荷秩序絶縁体
4BEDT―TTF系有機導体の金属―絶縁体転移
5k―(BEDT―TTF)2Xでのモット金属―絶縁体転移
2.2有機半導体レーザの基礎と分子設計
1はじめに
2有機半導体レーザの基礎
2.1レーザ発振のメカニズム
2.2共振器
3OLED型レーザ
4有機単結晶レーザ
5おわりに
2.3高導電性および超伝導性電荷移動錯体の高性能化と分子設計
1はじめに
2有機分子性金属の開発指針
3TTP系導体
3.1合成および酸化還元特性
3.2TTP塩の構造と物性
3.3新しい超伝導体(DTEDT)3Au(CN)2
3.4三次元的な分子配列を有するTTP系導体
4おわりに
2.4π共役系有機半導体〜n型半導体を中心に〜
1はじめに
2シアノ基を有する化合物
3フラーレンとその誘導体
4フッ素置換化合物
5ナフタレンおよびペリレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体
6オリゴチオフェンおよびチアゾール誘導体
7おわりに
2.5液晶半導体
1はじめに
2液晶とは
3液晶半導体の原理
4電圧―電流特性について
5新規なメモリ : 導電性スポットメモリ
バイオマテリアル
3.1DNA配向化フィルムの有機半導体への応用
1はじめに
2DNA―脂質複合体からDNA配向化フィルムの作製
3DNA配向化フィルムの電導性
4カーボンナノチューブとの複合化
5光誘起電流の観察とEL素子への応用
6おわりに
3.2脂質二分子膜を利用した光導電性
1はじめに
2脂質二分子膜の構造と物性
2.1リン脂質の種類と構造
2.2脂質二分子膜の形態と調製
2.3脂質二分子膜の性質
3脂質二分子膜を介する光誘起電子輸送
3.1概要
3.2二分子膜中の増感剤による電子輸送
3.3水相の増感剤による電子輸送
4おわりに
応用編 有機光・電子機能デバイス開発への挑戦

有機EL素子
1.1低分子系材料を用いた有機EL開発の現状と課題
1有機EL材料の開発経緯
2青色発光材料
2.1スチリル系青色材料
2.2正孔材料の改良
2.3青色ホスト材料の改良
3フルカラー用純青材料
3.1フルカラー用純青材料の開発
3.2純青材料の改良
4フルカラー用緑色発光材料の開発
5ディスプレイ性能の試算
6まとめ
1.2高分子系材料を用いた有機EL開発の現状と課題
1はじめに
2非共役系高分子
2.1ポリイミド
2.2ポリマー架橋
2.3ポリビニルカルバゾール誘導体
2.4超共役系高分子
3共役系高分子
3.1ポリフェニレンビニレン
3.2ポリフルオレン
3.3新規白色発光主鎖型共役系高分子
4おわりに
1.3Ru錯体を含むDNA高次組織体のEL発光特性
1はじめに
2DNA/導電性高分子および光機能分子複合高次組織体の構造
3Ru錯体を含むDNA/ポリアニリン高次組織体の光電機能
4将来展望
1.4デンドリマーを電荷輸送層に用いた有機電子素子の開発
1高分子としてのデンドリマーと構造
2デンドリマーの金属集積能
3エレクトロニクスデバイスへの応用
1.5塗布型燐光有機EL材料の現状と課題
1はじめに
2低分子燐光材料を分散した高分子
3燐光基を側鎖に有する高分子材料
4燐光基コアを有するデンドリマー型材料
5まとめ
1.6青色EL発光を目指した新規フルオレン系ポリマーの合成
1はじめに
2フルオレン系ポリマーの合成と蛍光発光
2.1かさ高い置換基による共役主鎖の孤立化
2.2主鎖p共役の切断による凝集の抑制
1.7有機ELの高効率化設計への提案
1有機ELの発光効率と光学的効果
2高色純度蛍光有機ELの高効率化設計(外部モード比の増大)
3横結合型色変換方式を用いた白色有機ELの高効率化設計(薄膜モード比の低減)
有機半導体レーザ
有機半導体レーザの材料・デバイス設計
1はじめに
2大電流密度への挑戦
3有機レーザ活性材料
3.1スチリルベンゼン系低閾値材料の合成とASE特性
3.2その他燐光材料などの可能性
4電流励起可能なデバイス構造での光励起実験
5高電流密度下での励起子annihilation過程
6まとめと今後の展開
有機トランジスタ
3.1Ambipolarトランジスタ
1はじめに
2吸着ガスの制御
3電極の制御
4ゲート絶縁層の制御
5その他のambipolar FET
6Ambipolar FETと発光型FET
3.2デバイス構造から見た有機トランジスタ特性の現状と課題
1はじめに
2トップコンタクト型有機トランジスタ
2.1化学的表面処理
2.2トランジスタ特性
2.3ペンタセン薄膜のAFM観察
3ボトムコンタクト型有機トランジスタ
3.1物理的表面処理と化学的表面処理
3.2トランジスタ特性
4おわりに
3.3有機EL駆動用有機TFTの設計
1はじめに
2オリゴチオフェンを用いたトランジスタの作製と特性
3透明電極を用いた透明なトランジスタの作製
4有機トランジスタによる有機ELの駆動
5まとめ
有機太陽電池
4.1有機薄膜太陽電池の最近の進展〜課題および展望〜
1はじめに
2有機薄膜太陽電池の特徴と課題
2.1有機薄膜太陽電池の特徴
2.2有機薄膜太陽電池の分類と課題
3有機薄膜太陽電池の今後の展望
3.1有機薄膜太陽電池の実用化の条件
3.2有機薄膜太陽電池のさらなる高効率化へのアプローチ
4おわりに
4.2p-i-n接合型有機薄膜太陽電池の進展
1はじめに
2有機薄膜太陽電池の研究状況
2.1最適デバイス構造の構築
2.2ナノクリスタル電極のショットキー接合型デバイスへの導入
2.3p―n接合型デバイスへの応用
3測定環境の不純物排除
4半導体材料自体の半導体性能の向上
5今後の展開
4.3ポリアニリンを用いた色素増感太陽電池の作製
1導電性高分子ポリアニリンの位置付け
2ポリアニリンを対極に用いた色素増感太陽電池
4.4有機色素と共役系高分子の複合化による光電変換素子の作製
1はじめに
2共役系高分子への色素のドープ
3ペリレン系色素ドープ
4DCMドープ
5おわりに
4.5導電性高分子を用いたエネルギー貯蔵型太陽電池
1導電性高分子を用いた新しいエネルギー貯蔵デバイス
2色素増感太陽電池とエネルギー貯蔵
3導電性高分子を用いたエネルギー貯蔵型色素増感太陽電池の構造と機能
4セパレータの改良
5電荷蓄積電極の改良
6おわりに
4.6自己組織化手法による導電性高分子素子成膜法
1はじめに
1.1層状構造をとるデバイス
1.2層状相分離現象
1.3ポリマーp―n接合膜
2実験
2.1試料の作成
2.2膜構造の評価
2.3電気物性測定
3実験結果および考察
4おわりに
キャパシタ
5.1導電性高分子のキャパシタへの応用
1はじめに
2エネルギー貯蔵メカニズム
3導電性高分子材料の分類、特性比較
4導電性高分子を用いた次世代大容量キャパシタ
4.1プロトンポリマー電池
4.2リチウムイオンキャパシタ(非対称型ハイブリッドキャパシタ)
4.3金属錯体高分子を用いたキャパシタ
4.4安定化有機ラジカルを用いた蓄電素子
5導電性高分子を用いた次世代大容量キャパシタの用途・市場
5.1自動車用パワーアシスト電源(大型用途)
5.2電力貯蔵電源(超大型用途)
5.3マイクロキャパシタ(超小型用途)
6おわりに
5.2導電性高分子を用いた固体電解キャパシタ
1はじめに
2従来のアルミニウム電解キャパシタの課題
3導電性高分子を用いた固体電解キャパシタの開発
3.1耐熱・耐湿性の優れた電解重合ポリピロールの開発
3.2電解重合によるポリピロール層形成プロセスの開発
3.3ポリピロールを用いたキャパシタの特性
3.4SPキャップの工業化
4おわりに
アクチュエータ
6.1導電性高分子を用いたアクチュエータの進展
1はじめに
2導電性高分子の電気化学的ドーピングと電解伸縮
3電解重合ポリピロールの電解伸縮
4ポリピロールによる蛇腹アクチュエータ
5チューブ状ポリピロールの電解伸縮
6おわりに
6.2導電性高分子の形態制御
1はじめに
2形態制御の基本原理
3電気化学的アクチュエータ
4異方性電気化学的アクチュエータ
4.1異方性電気化学的アクチュエータの作製と湾曲現象
4.2異方性電気化学的アクチュエータの湾曲機構
5おわりに
6.3導電性高分子を用いたペーパーアクチュエータ
1電気収縮機構
2等張性および等尺性収縮
3ペーパーアクチュエータ
4課題と応用分野
センサ
7.1柔軟体と導電性ゴムによるロボットハンド用分布型圧力センサ
1はじめに
2分布型圧力センサの構造と動作原理
3分布型圧力センサと計測システム
4実験
5おわりに
7.2導電性高分子/人工細胞膜を用いたストレスセンサの開発
1はじめに
2メンブレン・ストレスバイオテクノロジー
3ストレスセンシング
4揺らぎ/疎水性を有する有機半導体材料の設計
5ストレス条件でのタンパク質の構造状態認識のためのパタン解析
6ボトムアップ的手法および増感剤としてのリポソームの利用
7おわりに
ナノワイヤ
8.1エレクトロニクスを支える分子ナノワイヤ
1分子エレクトロニクスとナノワイヤ
2連鎖重合反応制御による分子ナノワイヤ作成
3分子ナノワイヤの電気伝導
4おわりに
8.2DNAを用いたボトムアップ型ナノ配線技術
1ボトムアップ型ナノテクノロジーとDNA
2ナノテクノロジー材料としてのDNA
3自己集合によるナノ配線
4単一DNA分子の自己組織化的伸長固定化
5DNAの金属化
6まとめ
8.3分子性ナノワイヤの構築
1はじめに
2有機半導体からナノワイヤへ
3分子の自己組織化から得られる分子性ナノワイヤ
4おわりに
8.4ナノレベルの極微配線技術
1はじめに
2電気化学エピタキシャル重合
2.1モノマー・ヨウ素混合系
2.2表面核埋込法
3異種分子ワイヤの電気化学的接続
4おわりに
8.5分子被覆導線の電気物性
1はじめに
2分子被覆導線の作製
3分子被覆導線の導電率測定
4おわりに
8.6新規導電性高分子ナノワイヤの創製
1はじめに
2double―cylinder型高分子ブラシの設計と溶液特性
3導電性高分子ナノワイヤの作製
4おわりに
8.7機能性ポリシランを用いた分子ワイヤ
1はじめに
2剛直らせんポリシランの特徴
3剛直性と屈曲性
4Si―H基を有するポリシランの一段階合成と固体表面固定化
5電極接合技術
6おわりに
8.8エレクトロスピニングによる共役ポリマーのナノファイバ化
1エレクトロスピニング
2ポリパラフェニレンビニレンのナノファイバ化
3おわりに
8.9π共役系有機・高分子ナノファイバの作製
1はじめに
2ポリジアセチレンナノ結晶およびナノファイバの作製
2.1対象化合物
2.2再沈法
2.3再沈法によるDCHDナノ結晶の作製
2.4再沈直後からのDCHDナノ結晶の生成過程
2.5サイズ制御されたDCHDナノ結晶やナノファイバの作製
3ポリジアセチレンナノ結晶およびナノファイバの光学特性
4蛍光性有機結晶の棒状ナノ結晶の作製
5まとめ
おわりに さらなる進化が期待される有機半導体

1はじめに
2有機半導体としての共役ポリマー
3新機能化への道
4超階層制御による期待される進化とは

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