対称性の異なる半導体分子による超分子層配列の自己形成を発見 ~溶媒不要な有機半導体の高均質塗布製膜が可能に~

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2025-04-07 東京大学

東京大学大学院工学系研究科の研究チームは、対称性の異なる2種類の有機半導体分子を混合することで、超分子層構造が自己形成される現象を発見しました。具体的には、中心対称な分子と非対称な分子を1対1の比率で混合し加熱すると、冷却過程でこれらの分子がペアを形成し、層状の液晶相を経て高秩序な超分子層構造が生成されます。この手法により、有機溶媒を使用せずに高均質な有機半導体薄膜の塗布製膜が可能となり、環境負荷の低い半導体デバイス製造技術の発展が期待されます。

<関連情報>

対称・非対称有機半導体を用いた溶融混晶超薄膜共晶の形成 Melt-mixed superlayer cocrystal formation using symmetric and unsymmetric organic semiconductors

Kiyoshi Nikaido, Seita Kuroda, Satoru Inoue, and Tatsuo Hasegawa
Science Advances  Published:4 Apr 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adv1878

対称性の異なる半導体分子による超分子層配列の自己形成を発見 ~溶媒不要な有機半導体の高均質塗布製膜が可能に~

Abstract

Organic molecules with a rigid, π-conjugated core (π-core) and flexible alkyl chains (Cn) naturally exhibit liquid crystal (LC) phases, promoting self-assembly of quasi–two-dimensional semiconducting layered crystals. However, particular roles of rigid and flexible parts in layer formations remain elusive. Here, we demonstrate formation of an unprecedented superlayer cocrystal phase via a unique smectic LC phase in the equimolar melt mixture of symmetrically distinct molecules. The molecules used are a monoalkylated [(π-core)-Cn] using 2-octyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (mono-C8-BTBT) and a dialkylated [Cn-(π-core)-Cn] using 2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (di-C8-BTBT). Thermal analyses show that the superlayer cocrystal is exclusively induced at the equimolar mixture via melt crystallization from the LC phase. X-ray structure analysis reveals a reversible Cn-(π-core)-Cn···(π-core)-Cn stacking arrangement in the superlayer cocrystal, where π-cores and alkyl chains form nearly independent layers. Notably, this melt crystallization allows solvent-free fabrication of semiconductive polycrystalline films for excellent thin-film transistors. These findings pave the way for tailoring a quasi–two-dimensional structure in LC materials toward molecular electronics.

0500化学一般
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