2015 Fiscal Year Research-status Report
放射光ナノ顕微分光を用いた有機半導体分子層デバイス界面の3次元オペランド解析
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15K17463
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
永村 直佳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 研究員 (40708799)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機分子半導体 / 電界効果トランジスタ / オペランド分析 / 放射光 / 顕微分光 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、構造の柔らかさと分子設計による機能の多様化に利があるπ電子有機系分子薄膜をチャネルとして活用した有機半導体電界効果トランジスタ(OFET)について、まだ知見の乏しいデバイス動作時の界面や欠陥近傍でのキャリアの振る舞いを、研究代表者らが開発してきた3次元走査型光電子顕微分光装置"3DnanoESCA"によって明らかにすることである。初年度であるH27年度中はほぼ予定通り、以下の項目を行った。
(1) バイアス電圧印加下でのOFETチャネル内ピンポイント測定…C10DNBDT分子で作製したOFETについて輸送特性とチャネル内のピンポイント分光測定の同時測定を行い、集光X線照射下でも非破壊X線分析が可能なことが示された。
(2) OFETチャネル内ポテンシャル空間分布テスト測定…集光したX線をスキャンし、チャネル内部のC 1s内殻スペクトルのマッピングを行った。積層欠陥をまたいでポテンシャル勾配が変化することが示唆される結果が得られた。また、側鎖の炭素数やチャネル幅を変えて測定を行い、測定可能な条件の見積もりを行った。
(3) イオン液体界面の結合状態分析…ゲート絶縁層やチャネル自体にイオン液体を利用したトランジスタも考案されており、電圧印加下での基板/イオン液体界面の状態や電荷分布の分析を行った。
(4) リチウムイオン電池有機分子正極材料の放射光EXAFS分析…有機分子をリチウムイオン電池正極材に用いた系について、nanoESCAでの電極表面状態オペランド分析を念頭においてEXAFSでLUMO準位近傍の電子状態分析を行った。
上記の成果により、論文・解説を2本出版し(2本執筆中あり)、9件の学会発表(うち招待講演4件)を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
集光X線による有機分子のダメージが懸念されていたが、大きな山場であった輸送特性とピンポイント分光の同時測定によってコンシステントな結果が得られ、C10DNBDT分子を利用したデバイスでは予定通りオペランド分析を行い、論文化することもできた。
また、次年度への展開を鑑みて、イオン液体やリチウムイオン電池有機正極活物質などのテスト分析も行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はほぼ計画通り進んだが、OFETのポテンシャルマッピングのテスト測定では、ピンポイント測定より集光X線の照射時間が長くかかり、C6DNBDTのように側鎖構造を変えた分子やチャネル幅が広いデバイスでは測定時のダメージが有意であったため、分子種の系統的分析に関しては厳しいと思われる。
従って、次年度は(1)耐久性の比較的強いC10DNBDT分子でのポテンシャルマッピングの再現性検証、(2)H27年度にテスト分析を行ったイオン液体や有機分子正極活物質などへの展開、を行う予定である。
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[Presentation] Electronic state analysis of organic materials using synchrotron radiation soft X-ray2015
Author(s)
永村直佳, 北田祐太, 谷木良輔, 鶴見淳人, 松井弘之, 堀場弘司, 朝倉大輔, 細野英司, 本間格, 竹谷純一, 尾嶋正治
Organizer
The 2nd Tohoku University and NIMS-GREEN Joint Symposium
Place of Presentation
東北大学 片平キャンパス
Year and Date
2015-10-30 – 2015-10-30
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