摘要：日本产业技术综合研究所（产综研）和筑波大学发现，通过在有机半导体器件的电极表面形成一层由植物产生的咖啡酸薄膜层，可以提高从电极向有机半导体的电荷注入效率，并可以增加流过器件的电流。

关键字：咖啡酸薄膜层、电荷注入效率、有机半导体器件、苯丙素、物联网社会

日本产业技术综合研究所（产综研）和筑波大学发现，通过在有机半导体器件的电极表面形成一层由植物产生的咖啡酸薄膜层，可以提高从电极向有机半导体的电荷注入效率，并可以增加流过器件的电流。

産業技術総合研究所（産総研）と筑波大学は，植物が作り出すカフェ酸の薄膜層を有機半導体デバイスの電極表面に形成することで，電極から有機半導体への電荷の注入効率が向上し，デバイスに流れる電流を大きくできることを発見した。

需要开发一种控制不同材料接触的界面（这对于提高有机半导体器件的性能很重要），特别是提高有机半导体与电极之间接合界面（以下简称有机半导体/电极界面）处的电荷注入（移动）效率的技术。

有機半導体デバイスの性能の向上に重要である異なる材料が接する界面の制御，特に有機半導体と電極の接合界面（以下，有機半導体／電極界面）での電荷の注入（移動）の効率を高める技術の開発が求められている。

目前，众所周知，导电聚合物或过渡金属氧化物的薄膜层是促进电荷流动的电极修饰层。然而，当有机半导体器件被丢弃时，这些材料可能会对环境产生不利影响。此外，其中含有的稀有金属元素的浪费也成为问题。

現在，電荷を流しやすくする電極修飾層として，導電性ポリマーや遷移金属酸化物の薄膜層が知られている。しかし，これらの材料は有機半導体デバイスを廃棄した際，環境に悪影響を及ぼす可能性がある。また，希少金属元素を含んでいることも懸念されている。

因此，作为一种提高有机半导体/电极界面电荷转移效率，并且可应用于电极修饰层且环境影响小的材料，此次研究小组开发了一种电极修饰技术，使用了具有儿茶酚基（具有金属吸附性能）的苯丙素[类化合物]分子。

そこで，有機半導体／電極界面の電荷の出入りを効率化し，電極修飾層に応用可能かつ環境負荷の低い材料として，研究グループは今回，金属に吸着する性質を示すカテコール基を有したフェニルプロパノイド群の分子を使った電極修飾技術を開発した。

许多有机半导体器件通过在电极基板上堆叠有机分子层或电极制成。为了增加流过器件的电流，提高从电极到有机半导体的电荷注入效率很重要。

多くの有機半導体デバイスは，電極基板の上に有機分子の層や電極を積層して作られる。デバイスに流れる電流を大きくするには，電極から有機半導体への電荷の注入を効率化することが重要となる。

当使用永久偶极矩较大的分子修饰电极表面（电极修饰层）时，电极表面的电位发生变化，作为电荷注入效率指标的功函数随之发生变化。

大きな永久双極子モーメントを持った分子で電極表面を修飾すると（電極修飾層），電極表面の電位が変わり，電荷の注入に関する効率化の指標である仕事関数が変化する。

通过提高电极的功函数，电极的费米能级接近有机半导体的HOMO（接收电荷的能级），促进电荷从电极注入有机半导体。结果显示，电流容易在有机半导体/电极界面处流动。

電極の仕事関数を大きくすることで，電極のフェルミ準位が有機半導体のHOMO（電荷を受け取るエネルギーレベル）に近づき，電極から有機半導体への電荷の注入が促進される。その結果，有機半導体／電極界面において電流が流れやすくなる。

因此，为了提高电荷注入效率，作为永久偶极矩较大的分子，研究小组着眼于一组被称为苯丙素[类化合物]的物质，这些物质由植物产生。

そこで研究グループは，電荷の注入の効率化のため，大きな永久双極子モーメントを持った分子として，植物が作り出すフェニルプロパノイドと呼ばれる物質群に着目した。

苯丙素[类化合物]具有去除活性氧的作用（抗氧化作用），在植物中普遍存在。在苯丙素[类化合物]中，有一种分子具有大于4个德拜的大永久偶极矩。咖啡酸具有羧基（-COOH）和儿茶酚基与亚乙烯基（-CH=CH-）键合的结构和永久偶极矩。

フェニルプロパノイドは，活性酸素を除去する機能（抗酸化作用）を持ち，植物に普遍的に存在する。フェニルプロパノイドの中には4デバイを超える大きな永久双極子モーメントを持つ分子がある。カフェ酸はビニレン基（-CH=CH-）にカルボキシ基（-COOH）とカテコール基が結合した構造と永久双極子モーメントを持つ。

当在电极表面形成一层咖啡酸薄膜层时，咖啡酸分子自发地排列在电极表面，并且流过有机半导体器件（单层）的电流与没有咖啡酸的情况相比最大增加了100倍。据悉，咖啡酸显示出的特定取向促进了电荷注入有机半导体。

電極表面にカフェ酸の薄膜層を形成すると，電極表面でカフェ酸分子が自発的に向きをそろえて並び，有機半導体デバイス（単層）に流れる電流が，カフェ酸が無い場合と比べて最大で100倍に増加した。カフェ酸が特異な配向を示すことで，有機半導体への電荷の注入が促進したと考えられるという。

研究小组旨在将本研究中提出的电极修饰技术应用于有机半导体器件，以支持物联网社会。

研究グループは，IoT社会を支える有機半導体デバイスに，この研究で提案した電極修飾技術を応用することを目指すといている。

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