In-plane orientation control of 2,7-diphenyl[1]benzothieno[3,2-][1]benzothiophene monolayer on bismuth-terminated Si(111) vicinal surfaces with wettability optimization

ビスマス終端化Si(111)微傾斜面における2,7-diphenyl[1]benzothieno[3,2-][1]benzothiophene単分子膜の面内配向及び濡れ性制御

大伴 真名歩; 土田 裕也*; 村谷 直紀*; 柳瀬 隆*; 境 誠司; 米澤 徹*; 長浜 太郎*; 長谷川 哲也*; 島田 敏宏*

Otomo, Manabu; Tsuchida, Yuya*; Muraya, Naoki*; Yanase, Takashi*; Sakai, Seiji; Yonezawa, Tetsu*; Nagahama, Taro*; Hasegawa, Tetsuya*; Shimada, Toshihiro*

本研究では、近年開発された高移動度有機半導体2,7-Diphenyl[1]benzothieno[3,2-][1]benzothiophene (DPh-BTBT)について、濡れ性と面内配向を制御して、高配向のエピタキシャル単分子膜を作成する手法を開発した。近年多くの高移動度有機半導体分子が開発されているが、分子間相互作用を重視した分子設計の反作用で凝集しやすく、また対称性の低い結晶構造のため配向も混ざりやすいため、光電子分光法などの分光研究を行った例が限られていた。そこで本研究では特に凝集しやすいDPh-BTBTを試行分子として、濡れの良い導電性・結晶性表面を探索した結果、1/3 ML Bi-Si(111)-(33)再構成面が適していることを見いだした。また基板表面の対称性を、微傾斜面を用いることで崩し、面内配向を制御できることを見いだした。これは、ステップが集まってできたファセット部に、異方的テンプレートになるようなナノ構造が出現していることによると考えられる。本研究で見いだした微傾斜面は、今後新規分子の物性測定のテンプレートとして用いられることが想定される。

We report in-plane orientation control of newly developed high-mobility organic semiconductor: 2,7-diphenyl[1]benzothieno[3,2-][1]benzothiophene (DPh-BTBT). As previously reported on monolayer pentacene, it was revealed that bunched steps on vicinal Si(111) with bismuth termination break the surface symmetry and reduce three-fold symmetry of DPh-BTBT grains into quasi-single orientation. Interestingly, the critical step height necessary for the orientation control was different from that of pentacene. We examined several mechanisms of orientation control and concluded that the facet nano structure fabricated by step bunching is working as an anisotropic template. We will also show the wettability control of bismuth terminated silicon surface and show that the growth mode of DPh-BTBT is dependent on the surface nanostructure of Bi-Si.