2018 Fiscal Year Annual Research Report
有機半導体の占有・非占有ギャップ準位の直接計測と電気物性の解明
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16H04222
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石井 久夫 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (60232237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KRUEGER PETER 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30706362)
田中 有弥 千葉大学, 先進科学センター, 助教 (90780065)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | オペランド光電子収量分光 / 高感度光電子分光 / ギャップ準位 / 状態密度 / 半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機半導体のHOMO-LUMOギャップ内に存在するギャップ準位は、種々の有機エレクトロニクス素子の特性の鍵を握る重要な因子であるが、直接観測することができず、なんらかの素子動作モデルを仮定して電気特性から推測するしかできなかった。最近、我々は、元来サブ％レベルの感度しかない光電子分光・光電子収量分光装置を高感度化して、ギャップ内占有準位の直接検出に成功した。本研究では、電気物性を議論するに必要なサブppmレベルの超感度化を実現するとともに、可視吸収分光などと組み合わせることでギャップ内空準位もあわせて検出できる測定手法の開発をすすめた。平成３０年度は，前年度から引き続き，吸収分光と高感度光電子分光の結果から空ギャプ準位を求める手法の開発を引き続き進めた。デコンボリューションプログラムについては，一部負の状態密度がでてくるものの，計算プログラムとしては概ね出来上がってきた。比較検討するためのデータの取得が鍵となっており，in-situでの光電流測定では光源の強度が不足することが明らかになったので方針を変更して，ex-situでの高感度吸収分光測定を行うこととし，Cambridge大学のStranks教授のグループと連携してPhotothermal Defletion Spectroscopy測定の準備を進めた。また，空準位を見る別手法として，オペランド光電子収量分光，負イオンの高感度光電子分光測定もすすめ，HATCNを始めとする有機薄膜に補足された電子の観測も行った。とくに，Operando光電子収量分光については，前年度は単に”新しいピーク”が観測されたというレベルであったが，逆光電子分光の結果との差を理論的に説明することにも成功した。また，光子のエネルギーを変えたながら測定する高感度光電子分光で得られたスペクトルから状態密度に換算する際の規格化法についても”包絡線法”などの有効な手法を見出した。
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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
高感度吸収分光と高感度光電子分光を組み合わせて，空ギャップ準位を計測するという目的に関しては，予定よりはかどっていない。これは，我々の試料と対応する高感度吸収分光スペクトルがうまく測定できていないことによる。この点に関しては，Cambridge大学との共同研究を新たに開始し，Photothermal Defletion Spectroscopy（PDS)を行うことで解決に向かっている。（すでに，予備測定を終えており，早期にデータを入手する予定である） これと並行して進めている，高感度光電子分光と負イオン高感度光電子分光を用いることで，空ギャップ準位を計測する研究に関しては大きく進展した。特に，測定されたイオン化しきい値に関して，逆光電子分光の結果との違いを理論的にある程度解釈することに成功したり，高感度光電子分光の強度解析法を見出すなどの大きな進展が見られたことから，全体としては概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高感度吸収分光測定に関しては，すでに予備実験を終えたa-IGZOのPDS測定をすすめ，早期にデコンボリューション処理による空ギャプ準位の解析を進める。さらに，a-Si, GaNなどの無機半導体とペンタセン，C60などの有機半導体を対象に実験を進める予定である。
負イオン高感度光電子分光については，終状態を固定して励起光のエネルギーを掃引して解析する”一定終状態法”をベースにスペクトルの規格化法を検討し，ギャプ準位の状態密度解析を確立する。また，オペランド光電子収量分光については，適応分子を広げてデータを蓄積し，LUMO準位の研究を進めていく予定である。
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| Remarks |
WEBページを通じて研究成果などの発信を予定していたが，千葉大学のWEB管理に関するセキュリティ規定が厳しいため公開を見合わせている。
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