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有機エレクトロニクスにおける分子配向技術
Advanced Technology of Molecular Alignment for Organic Electronics
[コードNo.2007T551]

■監修/ 内藤裕義久保野敦史舟橋正浩吉本尚起
■体裁/ B5判 368ページ
■発行/ 2007年 4月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)

有機デバイスのさらなる高機能化に重要な「分子配向技術」を詳述!
液晶ディスプレイ、有機太陽電池、有機トランジスタ、新規有機デバイスにおける分子配向技術を網羅!

※ 本書籍はご試読頂けません ※

刊行にあたって
 最近、有機デバイスへの関心が高まりつつある。有機デバイスの特長には、大面積・フレキシブルデバイスを構築できること、製作プロセスに印刷法を用いることができることなどが挙げられ、安価な機能デバイス構築が可能となる。一方、有機デバイスのさらなる高機能化には分子配向技術の活用が重要となる。分子配向技術といえば、液晶ディスプレイに用いるラビングしたポリイミド配向膜を思い起こすが、有機デバイスに分子配向技術を用いると、例えば、配向させた高分子発光材料でダイオードを作製することにより偏光発光素子が得られる。有機デバイスの特長を有した偏光光源により新たなフォトニクス応用への道が拓けることになろう。さらに、配向させれば電荷輸送パスの空間的、エネルギー的不規則性が低減できるため、電荷移動度の向上が期待できる。有機半導体の短所として低い移動度が挙げられるが、液晶や有機発光素子駆動用の薄膜トランジスタとして、あるいは、RFIDタグへの応用を目指すには移動度は1cm²/Vs以上はほしいところである。塗布型有機低分子半導体でこの移動度の値を超えたとの報告もあるが、塗布型高分子有機半導体では、依然として0.5cm²/Vs程度が最高値のようである。従って、分子配向技術は有機薄膜トランジスタの移動度向上のため極めて重要な役割を果たすと考えられる。加えて、有機太陽電池は低価格で作製できるため、より一層の高効率化により急速に実用化が進展すると期待される。現在では、色素増感太陽電池では10%、バルクへテロ接合太陽電池でも5%程度の電力変換効率が報告されており、着実に特性向上が続いている。分子配向技術によりドナー/アクセプター界面形状、電荷輸送パス等を制御すれば有機太陽電池でも一層の高効率化を実現できそうである。以上のような分子配向技術による有機デバイスの高性能化は有機エレクトロニクス分野において中心的な課題となっている。
 ところが、有機エレクトロニクス分野における分子配向技術を解説した書物は見当たらないのが現状である。そこで、「有機エレクトロニクスにおける分子配向技術」と題する本書を企画した。本書では、第1章で有機分子配向について概観した後、第2章で、さまざまな分子配向技術、また、それらを用いて作製した有機配向膜の光物性、電子物性について解説し、それぞれの有機分子配向技術の得失を明らかにする。液晶材料が良好な電荷伝導特性、発光特性を示すことが知られている。第3章では、これらの液晶の新しい配向技術、デバイス応用、全く新しい展開として液晶を溶媒として用いた有機単結晶作製などを述べる。第4章では、色素増感太陽電池、有機太陽電池における分子配向、第5章では、有機トランジスタと分子配向、第6章では、分子配向技術を用いた新規有機デバイスについて述べる。上述のとおり有機デバイスには大面積、フレキシブル、安価なる特長があるが、一方で、有機分子一分子でデバイスを構築できる究極の機能性材料である。高速化、高密度化が進み、シリコン集積回路が集積限界を迎えようとしている中、有機単分子デバイスの構築は極めて重要な課題である。最終章である第7章では、分子デバイス用有機分子合成、分子配線、ナノ電極、分子デバイスについて述べる。
 本書をまとめるにあたり、快く執筆をお引き受けいただいた著者各位に感謝する。あわせて、企画、編集いただいた久保野敦史博士(静岡大学)、舟橋正浩博士(東京大学)、吉本尚起博士(日立製作所)に感謝する。
(「はじめに」より)
2007年3月 内藤裕義(大阪府立大学)

監修
内藤裕義大阪府立大学 工学部 電子物理工学科 教授
久保野敦史静岡大学 工学部 物質工学科 助教授
舟橋正浩(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 研究員
(現)東京大学 大学院工学系研究科 化学生命工学専攻 助教授
吉本尚起(株)日立製作所 基礎研究所 環境・エネルギーラボ E01研究ユニット 研究員

執筆者一覧(執筆順)
八瀬清志(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 副研究部門長
星野聡孝大阪府立大学 総合教育研究機構 助教授
上田裕清神戸大学 工学部 応用化学科 教授
三崎雅裕(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究員
石川謙東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 助教授
奥居徳昌東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
吉本則之岩手大学 大学院工学研究科 フロンティア材料機能工学専攻 助教授
小林隆史大阪府立大学 工学部 電子物理工学科 助手
物部浩達(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 ナノ機能合成グループ 主任研究員
清水洋(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 ナノ機能合成グループ グループリーダー
藤掛英夫NHK放送技術研究所 材料・デバイス 主任研究員
鈴木成嘉メルク(株) 液晶テクニカルセンター 主席研究員
半那純一東京工業大学 大学院理工学研究科 教授
内田聡東京大学 先端科学技術研究センター 特任助教授
瀬川浩司東京大学 先端科学技術研究センター 教授
宮坂力桐蔭横浜大学 大学院工学研究科 研究科長;教授
池上和志桐蔭横浜大学 大学院工学研究科 助手
池田信之桐蔭横浜大学 大学院工学研究科
藤井彰彦大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 助教授
當摩哲也(独)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
阪井淳松下電工(株) 先行技術開発研究所 副参事
山成敏広(独)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 産総研特別研究員
斉藤和裕(独)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
瀧宮和男広島大学 大学院工学研究科 物質化学システム専攻 助教授
西沢秀之(株)東芝 研究開発センター 研究主務
近松真之(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 研究員
島田敏宏東京大学 大学院理学系研究科 助教授
工藤一浩千葉大学 工学部 電子機械工学科 教授
森朋彦(株)豊田中央研究所 情報・エレクトロニクス分野 光デバイス・システム研究室 研究員
菊澤良弘(株)豊田中央研究所 情報・エレクトロニクス分野 光デバイス・システム研究室 客員研究員
竹内久人(株)豊田中央研究所 材料分野 有機材料基盤研究室 主任研究員
南方尚旭化成(株) 新事業本部 研究開発センター 主幹研究員
石田謙司神戸大学 工学部 応用化学科 助教授
桑島修一郎京都大学 大学院工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻 助手
山田啓文京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 助教授
松重和美京都大学 大学院工学研究科 電子工学専攻 教授
柳久雄奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
堀田収京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 教授
小林俊介(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 招聘研究員
柄澤潤一セイコーエプソン(株) フロンティアデバイス研究所 主事
尾崎雅則大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授
内生蔵広幸九州大学 未来化学創造センター 研究生
八尋正幸九州大学 未来化学創造センター 光機能材料部門 助手
安達千波矢九州大学 未来化学創造センター 光機能材料部門 教授
皆方誠静岡大学 電子工学研究所 教授
大坪徹夫広島大学 大学院工学研究科 客員教授
佐竹彰治奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助手
小夫家芳明奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
芳賀正明中央大学 理工学部 応用化学科 教授
小林克彰中央大学 理工学部 応用化学科 助手
小川琢治自然科学研究機構 分子科学研究所 分子スケールナノサイエンスセンター 教授;センター長
下村武史東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 助教授
永瀬隆大阪府立大学 大学院工学研究科 助手
野口裕(独)情報通信研究機構 未来ICT研究センター 専攻研究員
蒲生健次(独)情報通信研究機構 未来ICT研究センター 専攻研究員
久保田徹(独)情報通信研究機構 未来ICT研究センター 主任研究員

構成および内容
第1章総論―有機分子配向(八瀬清志)
1はじめに
2分子の間に働く力
3真空中で分子を飛ばす
4基板上での分子の振る舞い
5エピタキシャル成長
6直線分子の凝集機構
7平面分子の凝集機構
8球状分子の凝集機構
9おわりに
第2章分子配向技術と光・電子物性
1有機蒸着薄膜の形成・配向機構(久保野敦史)
1.1はじめに
1.2配向機構
1.2.1配向機構モデル
1.2.2歳差運動モデル
1.2.3熱力学的取り扱い
1.2.4速度論的取り扱い
1.3薄膜形成過程のin-situ観察
1.4まとめ
2有機薄膜のエピタキシャル方位とその予測(星野聡孝)
2.1はじめに
2.2有機エピタキシーにおける格子整合
2.3point-on-line整合に基づく配向予測
2.4分子方位とひずみの影響
2.5おわりに
3摩擦転写法による有機・高分子の分子配列制御(上田裕清、三崎雅裕)
3.1はじめに
3.2PTFE摩擦転写膜の作製とその構造
3.3PTFE摩擦転写膜上の有機分子の構造と機能
3.4共役系高分子の摩擦転写膜の作製とその構造
3.5おわりに
4ラビングによる配向制御(石川謙)
4.1はじめに
4.2有機半導体の配向処理手法
4.3ラビング手法による分子配向制御
4.3.1液晶におけるラビング
4.3.2低分子蒸着膜に対するラビング
4.4配向薄膜の応用例
4.4.1吸収型偏光板
4.4.2回折型偏光板
4.4.3配向薄膜の有機FETへの応用
5真空蒸着重合法による分子配列制御された高分子薄膜の作製と電気的性質(奥居徳昌)
5.1はじめに
5.2交互蒸着重合におけるモノマー分子鎖の基板上における吸着特性
5.3薄膜の分子配列と分子量
5.4薄膜の構造
5.54元系ナイロンの蒸着重合
5.6その他の蒸着重合薄膜
5.7交互蒸着重合薄膜の電気的性質
6X線回折法による有機薄膜の配向評価(吉本則之)
6.1はじめに
6.2膜の厚み方向の配向評価
6.3面内の配向評価
6.4まとめ
7配向した有機高分子の光物性(小林隆史、内藤裕義)
第3章液晶と分子配向
1棒状分子が形成する液晶相での電子伝導―電荷輸送特性と液晶相の構造(舟橋正浩)
1.1はじめに
1.2初期の研究と問題点
1.3液晶相での電気伝導―イオン伝導と電子伝導
1.4液晶相の構造とキャリア移動度の相関
1.5液晶相温度領域の拡大と低温化
1.6スピンコート法による液晶性薄膜の作製と薄膜トランジスターへの応用
1.7ネマティック相やコレステリック相で本当に電子伝導は不可能か
2直線偏光・円偏光赤外レーザー照射によるディスコティック液晶の配向制御(物部浩達、清水洋)
2.1はじめに
2.2赤外レーザー照射によるディスコティック液晶の配向変化
2.2.1直線偏光赤外レーザーによるディスコティック液晶のカラムナー相における配向制御
2.2.2円偏光赤外レーザー照射によるディスコティック液晶のカラムナー相における配向制御
2.2.3自由電子レーザー以外の波長可変赤外レーザー光源
2.3おわりに
3液晶溶媒中でのペンタセン有機半導体の単結晶形成(藤掛英夫)
3.1ペンタセンの単結晶化に向けて
3.2ペンタセンの蒸着膜
3.3液晶溶媒を用いた溶液成長
3.3.1ペンタセンの溶解
3.3.2溶液セルを用いた析出過程
3.4ペンタセン単結晶の構造観察
3.5単結晶の析出制御
3.5.1核発生の制御
3.5.2成長核の配向制御
3.5.3成長過程の制御
3.6単結晶の異方性
3.6.1吸収2色性
3.6.2ラマン散乱光の異方性
3.7今後の課題
4発光性液晶の研究動向(鈴木成嘉)
4.1はじめに
4.2発光機構
4.2.1電荷注入機構
4.2.2電荷移動機構
4.2.3電荷再結合、発光過程
4.3研究動向
4.3.1低分子液晶
4.3.2液晶性高分子あるいはオリゴマー
4.3.3感光性液晶
4.4おわりに
5液晶物質における電気伝導(半那純一)
5.1はじめに
5.2液晶物質における電子伝導の発見
5.3代表的な電子伝導性液晶物質
5.4電荷輸送特性の特質
5.4.1液晶分子の凝集構造と伝導
5.4.2分子配向と伝導特性
5.4.3両極性伝導
5.4.4伝導の特質と伝導機構
5.4.5分子配向に基づく構造欠陥
5.4.6移動度から見た液晶物質の位置づけ
第4章有機太陽電池と分子配向
1有機太陽電池の現状と課題(吉本尚起)
1.1はじめに
1.2色素増感太陽電池
1.2.1色素増感太陽電池の基本構成
1.2.2色素増感太陽電池の発電原理
1.2.3太陽電池の性能評価
1.2.4高効率化へ向けた要素技術
1.2.5長寿命化への課題
1.2.6製品化へ向けた大型化の課題
1.3おわりに
2色素増感型太陽電池の最新動向(内田聡、瀬川浩司)
2.1はじめに
2.2高比表面積酸化チタンの開発
2.3高効率色素の開発
2.4透明電解質溶液の開発
2.5おわりに
3色素増感太陽電池のプラスチック化とカーボン材料による全固体化(宮坂力、池上和志、池田信之)
3.1はじめに
3.2色素増感太陽電池のプラスチック化
3.3カーボン材料を用いる電池の固体化
3.4フルプラスチックの固体色素増感太陽電池
3.5大面積プラスチックDSCモジュール
4ドナー/アクセプタ相互浸透界面の作製と有機薄膜太陽電池(藤井彰彦)
4.1はじめに
4.2C60/導電性高分子相互浸透界面の作製及びその特性
4.3ITO表面の微細加工効果
4.4共蒸着層挿入効果
4.5ZnO層挿入効果
4.6おわりに
5共蒸着で作るバルクへテロ接合と高効率有機太陽電池(當摩哲也、阪井淳、山成敏広、斉藤和裕)
5.1はじめに
5.2バルクへテロ接合の形成手法
5.3バルクヘテロ接合の効果
5.4低分子半導体を用いたバルクヘテロ接合
5.5ポリマーを用いたバルクヘテロ接合
5.6有機薄膜太陽電池の高効率化に必要な技術
5.7バルクヘテロ接合の進化
5.8今後の展開
第5章有機トランジスタと分子配向
1新しい有機トランジスタ材料の設計と合成(瀧宮和男)
1.1はじめに
1.2既存材料
1.3新規材料の検討
1.3.1ナフトジチオフェン(NDT)系
1.3.2オリゴセレノフェン系
1.4新規材料の展開
1.4.1ベンゾジカルコゲノフェン(BDX)系材料
1.4.2ベンゾカルコゲノフェノベンゾカルコゲノフェン(BXBX)系材料
1.4.3硫黄体への回帰・ジフェニル-ベンゾチエノベンゾチオフェン(DPh-BTBT)
1.5おわりに
2有機トランジスタにおける電荷輸送機構とディスオーダーの影響(西沢秀之)
2.1はじめに
2.2分子性結晶と輸送の基礎のまとめ
2.2.1分子性結晶とポーラロン準位
2.2.2分子性結晶の状態密度拡がり
2.2.3キャリアの平均自由行程
2.2.4電子交換レート(ホッピングレート)
2.3有機電界効果型トランジスタ
2.3.1ホッピング移動度を考慮したグラジュアルチャネル近似モデル
2.3.2電流-電圧特性の再現
2.4ディスオーダーの影響
2.4.1測定されたトラップ準位もしくは状態密度の拡がり幅
2.4.2理論から示唆されること
2.5まとめ
3可溶性フラーレン誘導体のトランジスタと分子配向(近松真之)
3.1はじめに
3.2可溶性フラーレン誘導体TFT
3.3長鎖アルキル基を有するC60誘導体
3.4アルキル鎖の付加位置依存性
3.5おわりに
4有機FET中の電荷の正体:分子積層・配向制御による伝導機構の研究(島田敏宏)
4.1はじめに
4.2有機半導体の伝導機構に関する研究例とこれまでの知見
4.3バンド構造の決定のためのナノ周期構造基板を用いたペンタセン分子配向制御
4.4FET構造による電流誘起光重合
4.5まとめ
5縦型有機トランジスタと光電子デバイス応用(工藤一浩)
5.1はじめに
5.2縦型有機トランジスタ
5.3有機発光トランジスタ
5.4おわりに
6ヘキサベンゾコロネン有機トランジスタと層状分子配向(森朋彦、菊澤良弘、竹内久人)
6.1はじめに
6.2ヘキサベンゾコロネン誘導体
6.3トランジスタ特性
6.4分子配向解析
6.4.1分子配向測定方法
6.4.2分子配向測定結果
6.5まとめ
7縮合多環芳香族化合物の自己組織化と溶液プロセス薄膜トランジスタへの展開(南方尚)
7.1はじめに
7.2縮合多環芳香族化合物の自己組織化
7.3ぺンタセンの溶液プロセスへの展開
7.4塗布ペンタセン薄膜のトランジスタ特性
第6章新規有機デバイスと分子配向
1有機強誘電性メモリー(石田謙司、桑島修一郎、山田啓文、松重和美)
1.1はじめに
1.2有機メモリー
1.3強誘電性メモリーの原理
1.4有機強誘電体を用いた不揮発メモリー
1.4.1有機強誘電体
1.4.2有機強誘電体薄膜の構造・分子配向
1.4.3VDFオリゴマーの強誘電特性、誘電特性
1.4.4疲労特性、周波数依存性
1.4.5ナノスケール分極反転操作
1.5おわりに
2有機ラマンレーザー(柳久雄、堀田収、小林俊介)
2.1はじめに
2.2TPCO低次元結晶の作製
2.3TPCO低次元結晶のASEおよびSRRS特性
2.4SRRSの発生機構
2.5おわりに
3強誘電体高分子を用いた有機トランジスタメモリ(柄澤潤一)
3.1はじめに
3.2SiをベースとするリジッドFeRAM
3.31T型FeRAMと全有機材料によるフレキシブルFeRAM
3.4有機強誘電体P(VDF/TrFE)
3.5P(VDF/TrFE)薄膜の結晶化および配向性
3.6有機強誘電体P(VDF/TrFE)と有機半導体F8T2を用いたフレキシブル1T型有機FeRAM
3.7有機FeRAMの課題
4欠陥を導入したコレステリック液晶レーザー(尾崎雅則)
4.1はじめに
4.2螺旋周期構造とフォトニック結晶
4.3液晶レーザー
4.4螺旋周期の欠陥と光局在
4.5螺旋欠陥と高いQ値を有する欠陥モード
4.6おわりに
5ピレン誘導体を用いた有機発光型トランジスタ材料の開発と高効率化(内生蔵広幸、八尋正幸、安達千波矢)
5.1はじめに
5.2発光性有機半導体の材料設計
5.3テトラフェニルピレンの光学特性とトランジスタ特性
5.44置換ピレン誘導体を用いたOLEFETのデバイス特性
5.52置換体ピレン誘導体を用いたOLEFETのデバイス特性
5.6ドーピングによる高性能化
5.7おわりに
6光合成タンパク質を用いたバイオフォトセンサー(皆方誠)
6.1はじめに
6.2FETによる光電流の検出
6.3PSI修飾FETを用いた画像入力
6.4再構成PSI修飾FETの光応答
6.5おわりに
第7章ナノスケールでの分子配向
1ナノデバイス用有機分子の合成(大坪徹夫)
1.1はじめに
1.2オリゴチオフェンの合成
1.3電界効果トランジスター材料の開発
1.4電界発光材料の開発
1.5光電変換材料の開発
1.6分子ワイヤーの開発
1.7まとめ
2イミダゾリルポルフィリンのナノ自己組織配位体(佐竹彰治、小夫家芳明)
2.1はじめに
2.2配向制御された自己組織化
2.3鎖状ポルフィリンナノ連鎖体
2.4リング状ポルフィリンナノ組織体
2.5おわりに
3錯体の分子配向制御による表面積層化とその機能(芳賀正明、小林克彰)
3.1はじめに
3.2基板表面上への分子の配向を制御した固定化
3.3多脚型アンカー基をもつ分子
3.4基板表面での分子ユニットの積層化
3.5表面自己組織化単層および積層膜の機能
3.6トップダウン法とボトムアップ法との融合による配線技術
3.7おわりに
4分子配向技術の将来に向けて(小川琢治)
4.1はじめに
4.2分子系への情報の注入
4.2.1分子構造自体が情報をもって組織化する
4.2.2テンプレートから情報を与える
4.2.3基板から情報を与える
4.2.4界面による制御で情報を与える
4.2.5外場により情報を与える
4.2.6走査プローブ顕微鏡の手法で情報を与える
4.2.7ナノリソグラフィーにより情報を与える
4.3おわりに
5分子被覆導線の電子機能と集積化(下村武史)
5.1はじめに
5.2分子被覆導線
5.3分子被覆導線の作製
5.4分子被覆導線の導電率測定
5.5分子被覆導線の集積化
5.6おわりに
6ナノギャップ電極と単一分子の電気伝導特性(永瀬隆、野口裕、蒲生健次、久保田徹)
6.1はじめに
6.2ナノギャップ電極の作製方法
6.2.1Break junctionによる方法
6.2.2Shadow evaporationを用いた方法
6.2.3Metal depositionによる方法
6.2.4金ナノ微粒子を用いた方法
6.2.5集束イオンビームを用いた方法
6.3単一分子の電気伝導特性
6.4まとめ

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