有機半導体の仕事関数の評価と有機/金属界面の電子エネルギー構造の解明

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10440209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 山下 和男 広島大学, 総合科学部, 教授 (40034566)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 功刀 義人 広島大学, 総合科学部, 助手 (90243518) ; 播磨 裕 広島大学, 総合科学部, 助教授 (20156524)
• Keywords: 有機半導体 / 仕事関数 / 有機 / 金属界面 / 電子エネルギー構造 / ケルビン法 / ショットキーモット則 / シラニレン-チエニレンコポリマー

Research Abstract

ポルフィリン(P)、フタロシアニン(Pc)などのパイ電子共役系大環状分子、導電性高分子および含Siポリマーを対象にこれら有機半導体の光電子機能を利用する有機電子デバイスの特性を理解し、デバイスの高効率化を達成する際、重要な各種有機半導体の仕事関数、キャリア移動度の測定、並びに有機/金属界面の電子エネルギー構造の解明を行った。接触(閉回路)法であるSchottky-Mott則を用いる方法と非接触(開回路)法であるKelvin法を用いて各有機固体膜の仕事関数を精度よく測定した。デバイスが実際使用される環境を考慮して大気中で測定した。種々のP、Pcおよびペリレン(PV)の蒸着膜と金属界面についてSchottky-Mott(S-M)則を検証した。表面準位の影響をほとんど受けずに障壁高は有機、金属両者の仕事関数の差で定まり、理想的なショットキ障壁の形成が実証された。S-M則から求めたCuPc、ZnPc、MgPc、H_2TPPのp型有機半導体の仕事関数の値は4.8±0.05eV、n型のH_2T(4-Py)PおよびPVはそれぞれ4.1±0.05eV、4.3±0.05eVであった。kelvin法では各有機半導体の仕事関数に強い基板金属依存性が観察された。これは有機/金属界面でのフェルミ準位の不一致を示唆しており、ショッ卜キ型セルの暗起電圧を補正すると、基板金属依存性が現れずほぼ一定値になる事が分かった。S-M則から求めた仕事関数値4.8eVに比べると、Kelvin法で求めた値は、PVについては0.6eV、その他についても0.1-0.2eV大きい。これらのズレは有機半導体表面でのO_2あるいはH_2Oの吸着による表面電位に起因するものと思われる。さらに、伝導性材料、電界発光素子材料などへの応用が期待される有機材料である種々のポリ[シラニレン(オリゴチエニレン)]を化学的に合成し、それら薄膜の電気化学的、分光化学的特性を明らかにした。

Research Products

• [Publications] H,Tang: "Electrochemistry and spectroelectrochemistry of poly[(tetraethyldisilanylene)quinque(2,5-thienylene)]" Electrochim. Acta. 44. 2579-2587 (1999)
• [Publications] L,Zhu: "Electrochemical oxidation of poly[(hexamethyltrisilanylene)oligo(2,5-thienylene)]films" J.Electroanal,Chem.(印刷中). (1999)