アモルファス有機薄膜の自発的配向分極現象の機構解明と応用
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20H02810
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石井 久夫 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (60232237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 有弥 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90780065)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 自発配向分極 / 有機EL素子 / 有機発光ダイオード / 回転型ケルビンプローブ / 巨大表面電位 / 有機半導体 / 配向分極 / エレクトレット / ケルビン法 / 有機アモルファス膜 / 回転型ケルビン法 / 分子配向 |
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| Outline of Research at the Start |
有機ELディスプレイなどに用いられる電気を流す有機材料を膜にすると，しばしば膜の表と裏に正負の電荷が勝手に発生し，素子の特性を大きく左右することが知られている。しかし，そのような電荷が発生するメカニズムは長年の謎となっていた。この研究では，この現象を精度良くかつ自動で測定できる”回転型ケルビン法装置”を開発し，多くの分子材料に関するデータを蓄積し，AIなども駆使して，発生機構の謎の解明を進める。さらに，膜の作成条件を変えて，電荷量を制御し，素子の特性の向上も試みる。このような技術を用いれば，有機ELディスプレイ・照明，有機太陽電池，振動発電機などの性能を一段と向上させることが可能となる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自発的配向分極量を多くの材料に対して精度良くかつ自動的に測定できる“回転型ケルビンプローブ(KP)装置”を開発し，実測データ量を桁で増やし，機械学習を用いた分極を誘起する要因の特定，量子化学計算に基づく分子間相互作用の理論的解析などにより，分極の大きさと極性を制御する分子設計と蒸着プロセスを開発することを目指した。R4,5年度は、開発した回転型ケルビンプローブを用いて、種々の有機蒸着膜の表面電位測定を行い、自発配向分極（SOP）を調査した。当初、できるだけ多数の分子に関するデータを蓄積し、機械学習も利用して、大きなSOPを与える因子および分子配列のメカニズムの解明をめざした。しかし、詳細に実験を進めるなかで、蒸着速度、基板温度、さらには、蒸着間隔などの蒸着条件に敏感にSOPの度合いが変化してしまうことがわかった。そのため、分子種とSOPの関係を機械学習だけで求めるのが難しくなった。そこで研究期間を1年延長して研究を進めた。機械学習からはSOPと弱い相関を示す因子を見出した。これらの因子をもとに今後の分子設計を検討したい。一方、蒸着条件が大きくSOPを左右することに関しては、蒸着シャッタを開閉することで、断続的に蒸着を行う「間欠蒸着」を行うと、シャッターを閉めた後の待機時間にSOPによる表面電位が緩和する現象、待機時間を変えることで、SOPの極性を反転させることができることなどの現象を見出した。この結果は、有機EL素子の膜中でSOPによる分極特性を任意に制御できることを示しており、新たな素子向上パラメータとして活用できることを示している。また、膜厚を変えながら連続的に表面電位を測定できる回転がケルビンプローブ装置は、バンドの曲がりの実測などにも有効であり、有機エレクトロニクスの電子構造解析に重要な手法であることを実証できた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(53 results)
