2000 Fiscal Year Annual Research Report
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
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10440209
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
山下 和男 広島大学, 総合科学部, 教授 (40034566)
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| 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, 教授 (20156524)
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| Keywords | 電子構造 / 仕事関数 / 有機半導体 / ショットキ-モット則 / ケルビン・プローブ / オリゴチオフェン / 移動度 / パイダイマー |
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| Research Abstract |
ケルビン・プローブ(KP)法とショットキ-モット(S-M)則により空気中における分子半導体のエネルギー構造を明らかにした。S-M則の検証によりp型フタロシアニン、p型とn型ポルフィリンとn型ペリレン誘導体の薄膜と金属との界面では理想的なショットキ障壁が形成されることを見いだした。S-M則から求めたp型およびn型分子半導体の仕事関数は、それぞれ4.8±0.05eVおよび4.1-4.3eVであった。しかしKP法で直接測定した仕事関数の値は、物質によって基板金属依存性を示した。これはKP法の実験条件下では分子固体/金属界面においてフェルミ準位の不一致が生じうることを示している。暗起電圧測定によりフェルミ準位を補正すると基板金属依存性は解消した。この不一致はO_2あるいはH_2Oの半導体膜への取り込みに起因する。同様にして、S-M則が種々のポリ(3-アリルチオフェン)(PAT)膜などの高分子半導体の仕事関数を評価する手法としても有用であることが分かった。またPAT膜の価電子帯と伝導帯のエッジをPAT膜の電気化学的酸化p-ドーピングおよび還元n-ドーピングの立ち上がり電位から求め、これらの結果を総合して空気中におけるPAT膜およびPAT/金属界面のエネルギー構造を明らかにした。次にポリ[(エトキシプロピルシラニレン)キンク(2,5-チエニレン)](MS5T-OEt)膜中の正電荷キャリアの見かけの移動度を評価した。移動度はドープ率が数パーセントのところまでドープ率の増加に対して単調に減少した。これは以前に報告したポリ(3-メチルチオフェン)(PMT)膜では移動度が4桁増加した結果とは対象的である。MS5T膜およびPMT膜中では、それぞれカチオンラディカルπ-ダイマーおよびバイポーラロンが伝導機構に関与することが分かった。またESR測定からπ-ダイマーを形成できないポーラロンが存在するオリゴチエニレン部分があることが判明した。
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[Publications] Y.Harima: "Energy structures of molecules semiconductors contacting metals under air studied by the diffusion potential measurement and the kelson prove technique"Thin Solid Films. 366. 237-248 (2000)
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[Publications] E.Kinbasa: "Electronic structures of poly (3-arylthiophene) films and their interfaces with metals in air"Synth.Met.. 114. 295-303 (2000)
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[Publications] L.Zhu: "Electrochemical oxidation of thienylene-silanylene copolymer films in different electrolyte solutions"Electrochim.Acta. 45. 2203-2210 (2000)
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[Publications] H.Tang: "Chronocoulometric determination of doping levels of polythiophene : influences of overoxidation and capacitive processes"Synth.Met.. 110. 105-113 (2000)
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[Publications] Y.Harima: "Transport and in situ ESR studies on polymer film composed of quinquethiophenes bridged monosilanylene"Synth.Met.. 113. 173-183 (2000)
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[Publications] Y.Kunugi: "Charge transport in a regioregular poly (3-octyl-thiophene) film"J.Mater.Chem.. 10. 2673-2677 (2000)
