ナノメトリック分子膜界面の電子的構造の解析と分子膜整流素子の試作

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08875064
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岩本 光正 東京工業大学, 工学部, 教授 (40143664)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 徹 東京工業大学, 工学部, 助手 (00205139)
• Keywords: LB膜 / 表面電位 / 空間電荷密度 / 界面準位密度 / 分子膜整流素子 / 分子膜界面 / フタロシアニン / トンネル電流

Research Abstract

本研究では、電極と分子膜界面、異種分子膜界面の電子的構造をナノメトリックなオーダで明らかとする技術の確立を第一の目的とした。また、第二の目的として、第一の目的で得られた成果に基づき、機能性分子(分子間に挿入する分子)を選びだして分子膜整流素子を試作し、そのI-V特性が分子レベルの構造により機能していることを確認する。以上の研究目的に添い、以下のような研究成果を得ることができた。
1)電極界面上の分子膜の空間電荷分布測定及び界面電子準位密度分布測定
仕事関数の異なる各種金属上に層数の異なる機能性分子であるフタロシアニンLB膜を積層し、その表面電位の温度依存性を計測した。その結果、表面電位の飽和値と電極金属の仕事関数が直線関係にあることから、金属とフタロシアニン分子膜の界面では、金属のフェルミ準位と分子膜の表面フェルミ準位が一致するように電荷の授受が発生し熱平衡状態に到達していることを明らかとした。さらに、電荷密度は界面で約10^<+6>C/m^3のオーダに達していることから、フタロシアニン分子数100個に1個が過剰な電荷を電極より受け取っいること、金属から分子膜に侵入する電荷は界面から約5nmの領域で集中していることを明かとした。また、界面電子準位のエネルギー分布を表面電位の測定結果より導出し、フタロシアニンLB膜のHOMO,LUMO準位の間に電子供与性と電子需要性の準位が拡がっていることを明かとした
2)分子膜整流素子の試作
1)の結果をふまえ,フタロシアニンLB膜を異種分子間に挿入した電子トンネル型の分子整流素子を試作し、その電気特性を測定した。その結果、電流の飽和現象が現れるなどの結果を得ているが、実際にI-V特性が予想した通りの現象であるかについては今後の検討が必要である。

Research Products

• [Publications] M.Iwamoto,Y.Mizutami,A.Sugimura: "Calculation of the dielectric constant of monolayer films on a material surface" Phs.Rev.B. 54. 8181-8185 (1996)
• [Publications] E.Itoh,M.Iwamoto: "Electronic Density of State at metal/polyimide Langmuir-Blodgett film interface" Appl.Phys.Lett.68・19. 2714-2716 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto: "Transient current across insulating films with long-range movements of charge carriers" J.Appl.Phys.79・10. 7936-7943 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,E.Itoh: "Calculation of Surface potential across Langmuir-Blodgett Films with Polar molecules" Jpn.J.Appl.Phys.35. 3483-3487 (1996)
• [Publications] X.Xu,T.Kubota,M.Iwamoto: "Transient photoinduced voltage due to electron transfer in porphyrin polymide Langmuir-Blodgett Films" Jpn.J.Appl.Phys.35. 3630-3634 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,C.X.Wu,W.Y.Kim: "Phase transition due to molecular orientational disordering and Maxwell-displacement current" Phs.Rev.B. 54. 8186-8190 (1996)
• [Publications] W.Y.Kim,M.Iwamoto: "Photoinduced Maxwell-displacement current across polayamic acid and azobenzene Langmuir-Blodgett Films" Mol.Cryst.Liq Cryst.280. 235-240 (1996)
• [Publications] W.Y.Kim,M.Iwamoto,K.Ichimura: "Photoreguration of Liquid crystal alignment using azobenzene molecules and generation of maxwell-displacement current" Jpn.J.Appl.Phys.35. 5395-5399 (1996)
• [Publications] E.Itoh,Y.Niwa,M.Iwamoto: "Temperature dependence of electrostatic phenomena at the electrode-polyimide LB film unterface before and after photoirradiation" Thim Solid Films. 284/285. 545-548 (1996)
• [Publications] W.Y.Kim,M.Iwamoto: "Maxwell displacement current across azobenzene polymide multilayers caused by photoirradiation" Thim Solid Films. 284/285. 585-587 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,X.Xu: "Transient Photoinduced voltage in hetero-structured polymide Langmuir-Blidgett films" Thim Solid Films. 284/285. 936-938 (1996)
• [Publications] A.P.Wu,T.Fujiwara,M.Jikei,M.Kakimoto,Y.Imai,T.Kubota,M.Iwamoto: "Electrical properties and electroluminescence of poly(p-phenylene vinylene)Langmuir-Blodgett film" Thim Solid Films. 284/285. 901-903 (1996)
• [Publications] E.Itoh,M.Iwamoto: "Electrostatic phenomena at film/film interface in polyimide Langmuir-Blodgett films" J.Electrostatics. 36. 313-321 (1996)
• [Publications] 伊藤栄次,丹羽雄二,岩本光正: "金属-ポリイミドLB膜界面の帯電とその温度特性" 電気学会論文誌A. 116-A. 36-41 (1996)
• [Publications] 金〓淵、岩本光正: "熱刺激変位電流による脂質単分子膜の相転移温度の測定" 電気学会論文誌A. 116-A. 50-54 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,A.Sugimura,Z.C.On-Yang: "Biaxiality ordering of molecular orientation in a monolayer at the liquid-air interface" Phys.Rev.E. 54. 6537-6540 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,C.X.Wu: "Analysis of dielectric relaxation phenomena with molecular orientational ordering in monolayers at the liquid-air interface" Phys.Rev.E. 54. (1996)
• [Publications] K.S.Lee,M.Iwamoto: "Maxwell displacement current across phospholipid monolayers at the air/water interface" J.Colloid and Interface Sciences. 117. 414-418 (1996)
• [Publications] M.Iwamoto,T.Kubota,Z.C.Ou-Yang: "Maxwell-displacement-current across phospholipid monolyers due to phase transition" J.Chem.Phys.104. 736-741 (1996)
• [Publications] W.Y.Kim,M.Iwamoto: "Photoreguration of Liquid Crystal Alignment Using Azobenzene Monolayers and Generation of Maxwell-displacement Current" Jpn.J.Appl.Phys.35. 5395-5399 (1996)
• [Publications] A.Sugimura,K.Matsumoto,Z.C.Ou-Yang,M.Iwamoto: "Anomalous anchoring effect of nano-polyimide Langmuir-Blodgett Films in a twisted nematic liquid crystal cell" Phys.Rev.E. 54. 5217-5221 (1996)
• [Publications] 福沢雅弘,吉武隆一,弓場 浩,岩本光正: "針-平板電極系におけるLDPEの交流トリ-と空間電荷の関係:周波数依存性" 電気学会論文誌. 116-A. 1089-1094 (1996)
• [Publications] 高野和也,岩本光正: "5CB液晶セルの低周波誘電分散特性" 電子情報通信学会論文誌. 80・C-II. 8-13 (1997)
• [Publications] C.X.Wu,Y.Mizutani,M.Iwamoto: "Analysis of Thermally Dielectric Relaxation Phenomena in Organic Monolayer Films by Debye Brownian Motion Equation" Jpn.J.Appl.Phys.36. 222-225 (1997)
• [Publications] C.X.Wu,Iwamoto: "Calculation of Molecular Orientational Order and Maxwell Displacement Current of Biaxial Molecules at the Air-liquid Interface" Jpn.J.Appl.Phys.(in press). (1997)
• [Publications] E.Itoh,M.Iwamoto: "Electronic Density of state in metal/polyimide Langmuir-Blodgett film interface and its temperature dependens" Jpn.Appl.Phys.81(in press). (1997)
• [Publications] C.X.Wu,M.Iwamoto: "The calculation of the dielectric constant of dielectric anisotropic monolayer films on a material surface" Phys.Rev.B. (in press). (1997)
• [Publications] M.Iwamoto,M.Kakimoto: "Polyimides as Langmuir-Blodgett Films(M.K.Ghosh and K.L.Mittal edti polyimides)" Marcel Dekker,Inc.,New York, 70 (1996)