2016 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 – 2018-03-31
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| Keywords | オペランド分析 / 電界効果トランジスタ / 有機分子半導体 / 顕微分光 / 放射光 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、研究代表者らが開発・改良を行ってきた放射光軟X線走査型光電子顕微分光装置の「高い空間分解能 (面内方向100 nm以下)」「オペランド計測可能であること」を活用し、既存の装置では詳細な分析が難しいが輸送特性に大きく影響を及ぼす、デバイス構造の界面や欠陥周辺の電子状態を調べることである。特に有機半導体電解効果トランジスタを中心テーマに掲げて測定を行ってきた。2年目であるH28年度中は、有機半導体で得られた知見から派生した分析も含め、以下の項目について研究を行った。
(1) OFETチャネル内のポテンシャル空間分布計測…昨年度テスト測定を行ったC10DNBDT分子自己組織薄膜のOFET構造のC1sコアレベルシフト空間分布について、輸送特性の結果と合わせて定量的解釈を行い、欠陥や電極界面の影響を可視化した。
(2) リチウムイオン電池有機分子正極材料の分光分析…OFETの分光分析で得られた有機材料における実験条件などの知見を活かし、昨年度に引き続きEXAFS測定を行い、分子構造や官能基による電子状態の変化を評価した。nanoESCAを用いて結合状態の比較も行った。
(3) 遷移金属ダイカルゴゲナイドFETの電荷移動領域観測…OFETチャネルのオペランド計測と同様の測定により、MoS2チャネル内のS 2pコアレベルシフトの空間分布を測定し、高い接触抵抗の原因となる電極界面の電荷異動領域を直接観測することができた。
(4) GaN HEMT素子のコラプス現象メカニズム解明…OFETチャネルのオペランド計測と同様の測定により、GaN薄膜を利用した高速通信用デバイス内で、高いストレス電圧印加時にドレイン電流値が落ちる「コラプス現象」の原因解明に取り組んだ。
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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
3Dnano-ESCA装置によるピンポイント分析と半導体パラメータアナライザーの同時計測は順調に機能しており、OFET自体の各種分析結果に関しては論文執筆を進めているところである。OFETに関しては、軟X線での分光測定を行うには光耐久性を要し、C10DNBDT以外(C6DNBDTなど)の測定は厳しいという結果が得られたので、C10DNBDTの素子に絞って議論を行うことにした。
オペランド測定結果の知見を直接生かした各種デバイス(有機系の電池材料、各種FET、触媒材料など)の分析も進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年間で必要な実験はおおむね終了しているが、国際学会での発表と論文執筆による普及活動、その際に必要な追加実験を中心に1年間の延長を行った。
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| Causes of Carryover |
本研究で得られた研究成果を、より詳細な解析を含めて次年度に開催される国内会議や、より波及効果の高い国際会議での発表を希望しているため、その旅費・参加費として使用する。また論文の執筆を進めており、その際に必要となる追加実験の実施に必要な費用としても利用する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
具体的には、旅費としての使用を想定している。国際学会(CCMR2017＠韓国、ISSS-8@つくば)の旅費・参加費で15万円程度、国内学会(第77回分析化学討論会)と追加実験旅費で5万円程度利用する予定である。
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