2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of initial stage in thin film growth of organic semiconductors by using quartz crystal microbalance
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17K14106
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
松原 亮介 静岡大学, 工学部, 助教 (60611530)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 水晶振動子マイクロバランス / 薄膜成長素過程 / 核形成 / 準安定状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機半導体薄膜の構造制御において重要となる薄膜形成初期過程を、非破壊かつ薄膜の凝集構造に依存せずに評価可能な水晶振動子マイクロバランス（QCM）法によって明らかにすること目的としている。本年度は、昨年度に立ち上げた有機半導体用QCM測定装置を用いて有機半導体薄膜成長の詳細な解析を行った。
まず、昨年度に薄膜形成初期過程の測定に成功したペンタセンについて、薄膜形成初期における吸着量の時間変化の基板温度依存性を調べた。準安定状態を考慮したモデルにより吸着量時間変化の解析を行ったところ、不安定状態の平均基板滞在時間および準安定状態への遷移時間のいずれも、基板温度の上昇とともに短くなるという結果が得られた。さらに、熱活性型のプロセスを仮定して活性化エネルギーを算出したところ、不安定状態での基板-分子間の吸着エネルギーが139kJ/mol、不安定状態から準安定状態へ遷移する際の活性化エネルギーが12kJ/molと見積もられた。
次に、ペンタセン以外の有機半導体材料についても薄膜形成過程のQCM測定を行った。これまでに測定に成功した材料はテトラセン、クオーターチオフェン、およびC8-BTBTであり、いずれの材料についても準安定状態を経て安定核が形成していることを示唆する結果が得られた。活性化エネルギーの見積もりまでは行うことができなかったが、不安定状態の分子の平均基板滞在時間を比較したところ各分子の蒸発温度と正の相関がみられた。準安定状態については複数の有機半導体材料においてその存在が示唆されたことから、より詳細な理解が望まれるが、QCMではクラスターの構造を直接評価することはできないため、今後の課題としていきたい。
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