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分子配向・凝集状態に着目した有機分子半導体材料の電荷輸送の物理モデルの構築と評価

Research Project

Project/Area Number 17760249
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

大野 玲  Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 研究員 (70397058)

Project Period (FY) 2005 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2007: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2006: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords有磯半導体 / 液晶 / 電荷輸送 / ホッピング伝導 / ポーラロン / ディスオーダーモデル / 光電流 / 配向秩序 / 有機半導体 / 分子軌道計算 / 分子配向 / 過渡光電流 / Time of Flight法 / disorder model / トラップ密度 / Multiple Trapping Model
Research Abstract

最終年度においては、配向性のある分子凝集体の電荷輸送について、電荷輸送材料の材料評価の確立を目指した。近年の材料合成の進歩より、0.1〜1cm^2/Vに達する高速駆動する非結晶性の有機半導体が合成されてきたが、その電子伝導機構はモデルが既知のアモルファス有機半導体とは、異なるホッピング伝導機構であることが、本研究によって明らかになってきた。アモルファス有機半導体材料では、エネルギーのディスオーダーσで表される、分子に局在したキャリアの準位の、Gauss型に分布した乱れが〜100meVほどになるが、本研究で扱う材料群の電荷輸送は、これが小さく、ポーラロン結合エネルギーと同等のオーダーで数十meVとしてモデル化すると説明が付き、実験での移動度の挙動を再現した(低温で非活性化型μ〜exp[-c(σ/kT)^2])。このことは凝集体全体でどのような電荷挙動をするかMarcusの式に基づくホッピング伝導のモンテカルロシミュレーションを行うことで明らかになった。一方、TOF法による過渡光電流の測定から、トラップ密度を見積もる手法を確立し、これにより液晶性有機半導体の実験データを例にとり、材料が真に持つ電荷輸送特性を抽出することに成功した。両者を比較することにより、材料固有の電荷輸送の特性の評価が確立された。
本研究において扱ってきた有機半導体は、アモルファスよりは配向性・秩序性のある材料であるが、結晶でもない材料である。有機半導体の特性は半導体であると同時に塗布等で簡便に材料が作成されることにある。結晶等ではこのようなプロセスで高品位な半導体デバイス材料を作成するのは不可能であり、本研究で扱った凝集状態のものが必然的に求められる。本研究のモデルはこのような次世代の高品位な有機半導体材料に対して初めてその評価を可能にさせるモデルであり、真の有機半導体材料開発の指針として重要なものになっていくものと考えられる。

Report

(3 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2008 2007 2005

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Analysis of Trap Distribution Using Time-of-Flight Spectroscopy2008

    • Author(s)
      大野玲、半那純一、D. Dunlap
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 47

      Pages: 1079-1088

    • NAID

      40015885194

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge-carrier transport in smectic mesophases of biphenyls2007

    • Author(s)
      大野玲、春山明秀、黒瀧健介、半那純一
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics 102

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impurity effects on charge carrier transport in various mesopliases of smectic liquid crystals2007

    • Author(s)
      安 玄洙、大野玲、半那純一
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics 102

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detection of Trace Amount of Impurity in Smectic Liquid Crystals2005

    • Author(s)
      Hyonsoo Ahn, Akira Ohno, Jun-ichi Hanna
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 44

      Pages: 3764-3768

    • NAID

      10016440821

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hole mobility and lifetime in a smectic liquid crystalline photoconductor of a 2-phenylnaphthalene derivative2005

    • Author(s)
      Hiroaki Iino, Akira Ohno, Jun-ichi Hanna
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics 123

      Pages: 244701-244707

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Presentation] 液晶の凝集性を反映したディスオーダーを有するホッピング伝導機構のモデル化と解明2008

    • Author(s)
      大野玲、半那純一
    • Organizer
      2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      日本大学理工学部,千葉県
    • Year and Date
      2008-03-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Charge Carrier Transport in Smectic liquid erystal2007

    • Author(s)
      大野玲、半那純一
    • Organizer
      4th European Conference on Organic Electronics and related Phenomena
    • Place of Presentation
      ヴァレンナ(コモ湖),イタリア
    • Year and Date
      2007-10-02
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] スメクティック液晶相におけるホッピング伝導機構の解明2007

    • Author(s)
      大野玲、半那純一
    • Organizer
      2007年秋期68回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道工業大学,北海道
    • Year and Date
      2007-09-28
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] モンテカルロシミュレーションを用いた液晶材料の電荷輸送特性の評価2007

    • Author(s)
      大野玲、半那純一
    • Organizer
      第99回日本画像学会年次大会
    • Place of Presentation
      きゅりあん,東京都
    • Year and Date
      2007-06-08
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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