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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Operand measurements for evaluating and analyzing organic device operation

Research Project

Project/Area Number 18H01473
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

間中 孝彰  東京工業大学, 工学院, 教授 (20323800)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Keywordsオペランド測定
Outline of Annual Research Achievements

現在、活況を呈している有機デバイス開発においては、未解明な部分も多いデバイス動作機構など、基本的な問題を理解したうえで高性能な素子開発へと展開するシナリオが不可欠である。本研究では、動作下にあるデバイスを対象としたオペランド測定と我々が独自開発したイメージング技術を組み合わせ、デバイス実動作時における過渡状態評価からデバイスの動作機構解明を目指している。
本年度はまず、有機ドナー/アクセプタ界面における励起子およびキャリアダイナミクス評価を行った。有機薄膜太陽電池ではドナー・アクセプタ(DA)界面において励起子が分離して光起電力が発生する。それゆえ、励起子分離の駆動力となる内部電界と発生するキャリアのダイナミクスを直接実験で明確化することがデバイス特性向上に不可欠である。ここでは、銅フタロシアニン(CuPc)とフラ ーレン(C60)の積層構造素子に対して、ピコ秒の時間分解能で電界誘起光第二次高調波発生 (EFISHG)をとらえることで、励起子生成から1.5 nsまでの時間領域においてDA界面近傍で発生する電界の過渡応答を直接観測した。まず、フタロシアニン単層膜において、ポンプ光励起によりSHG強度の減少し、1.5 ns程度まではこの減少が保持されることが分かった。続いて、DA積層構造にすると一旦減少したSHGが徐々に元に戻り、これは励起子分離によって発生した電界によるものと推察した。この結果は、一次元モデルシミュレーターからの支持され、電界強度や励起子拡散係数を定量的に評価することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現有しているフェムト秒レーザーシステムの中に、小型真空蒸着チャンバーを組み込み、チャンバー内にレーザー光を導入することで、成膜を行いながら真空を破らずに測定ができるセットアップとした。光遅延は1.5 ns程度までの時間変化を捉えられる設計となっており、時間分解能は約 0.2 psである。まず、この装置を用いて単層膜を評価した。真空中でガラス基板に蒸着されたフタロシアニン薄膜に、可視光のポンプ光と赤外域のプローブ光を同じ位置に照射できるようにし、ポンプ光によって生じた励起状態が、SHG強度にどのように影響するのかを調べた。その結果、ポンプ光照射直後からSHG強度が急激に減少し、その後は減少したまま一定の強度を保つことが分かった。これは、励起状態になることで非線形感受率が減少することを示している。続いて、フタロシアニンとフラーレンの2層構造サンプルを作成し、同じくポンプ/プローブ測定を行った。単層膜と異なり、最初のSHG強度減少後にSHG強度が徐々に回復することが分かった。このSHG強度の変化については、一次元の励起子・電荷輸送シミュレーターを自作して解析し、バルク中で発生した励起子が界面に拡散し、界面で分離することで形成される電界に由来することが分かった。

Strategy for Future Research Activity

現時点で、研究のスタートとしては順調に進んでいると考えている。特に、一次元の励起子・電荷輸送シミュレーターを構築できたことで、SHGの強度の時間変化と、サンプル内部の励起子およびキャリア挙動との対応が取りやすくなった。オペランド測定という意味では、トランジスタ中のキャリア輸送挙動の評価と、輸送機構の解明も重要なトピックであり、来年度はこの点も集中して進めたい。以上、新しい現象や手法を取り入れながら電気測定・光学測定・理論計算という3つの柱により、より使えるオペランド測定手法の確立を目指す。

  • Research Products

    (28 results)

All 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Direct observation of carrier transport in organic-inorganic hybrid perovskite thin film by transient photoluminescence imaging measurement2019

    • Author(s)
      L. L. Y. Win, D. Taguchi, T. Manaka
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 58 Pages: SBBG18-1-6

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab027c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stability in 3D and 2D/3D hybrid perovskite solar cells studied by EFISHG and IS techniques under light and heat soaking2019

    • Author(s)
      Z. Ahmad, T. Noma, S. Paek, K. T. Cho, D. Taguchi, M. Iwamoto, T. Manaka, M. K. Nazeeruddin, F. Touati, S. A. Al-Muhtaseb,
    • Journal Title

      Org. Electron.

      Volume: 66 Pages: 7-12

    • DOI

      10.1016/j.orgel.2018.12.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Probing Internal Electric Field in Organic Photoconductors by Using Electric-Field-Induced Optical Second-Harmonic Generation2019

    • Author(s)
      D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto, K. Sakuma, K. Watariguchi, M. Kawahara,
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E102C Pages: 113-118

    • DOI

      10.1587/transele.2018OMP0002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectroscopic Study of Electric Field Induced Optical Second Harmonic Generation from PCPDTBT and PC71BM Thin Films2019

    • Author(s)
      I. M. Alrougy, D. Taguchi, T. Manaka,
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron.

      Volume: E102C Pages: 119-124

    • DOI

      10.1587/transele.2018OMP0007

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling and analysis of I-V hysteresis behaviors caused by defects in tin perovskite thin films2018

    • Author(s)
      T. Noma, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto,
    • Journal Title

      J. Appl. Phys.

      Volume: 124 Pages: 175501-1-6

    • DOI

      10.1063/1.5050557

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Degradation analysis of AlGaN/GaN high electron mobility transistor by electroluminescence, electric field-induced optical second-harmonic generation, and photoluminescence imaging2018

    • Author(s)
      T. Katsuno, T. Manaka, N. Soejima, T. Ishikawa, M. Iwamoto,
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 113 Pages: 012106-1-4

    • DOI

      10.1063/1.5019998

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 時間分解光第二次高調波発生法を用いたC60/CuPc界面における励起子およびキャリアダイナミクス評価2019

    • Author(s)
      松尾 魁士, 田口 大, 間中 孝彰
    • Organizer
      2019年 第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 電界誘起光第2次高調波発生法によるトライボ発電層(カプトン型ポリイミド)の摩擦電気発生の時間分解測定2019

    • Author(s)
      田口 大, 間中 孝彰, 岩本 光正
    • Organizer
      2019年 第66回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 電界誘起第 2 次光高調波発生測定による外部電圧印加で負帯電させた摩擦発電層(PMDA-ODAポリイミド)の顕微観察2019

    • Author(s)
      田口 大, 間中孝彰, 岩本光正
    • Organizer
      2019年電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] Analysis of hysteresis behavior of tin perovskite solar cells using electric-field-induced optical second-harmonic generation measurement2019

    • Author(s)
      T. Noma, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      3rd Electron Devices Technology and Manufacturing (EDTM) Conference 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電界誘起光第2次高調波発生法によるトライボ発電層(カプトン型ポリイミド)の摩擦電気の顕微観察2018

    • Author(s)
      田口 大, 間中 孝彰, 岩本 光正
    • Organizer
      2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 電荷変調分光法による錫ペロブスカイト薄膜のトラップ準位の評価2018

    • Author(s)
      野間 大史, 田口 大, 間中 孝彰, 岩本 光正
    • Organizer
      2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 自己組織化単分子膜の光誘起分子内電子移動による有機薄膜太陽電池の特性変化2018

    • Author(s)
      吉原 興宙, 長谷川 司, 芦沢 実, 田口 大, 松本 英俊, 間中 孝彰
    • Organizer
      2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 電界誘起第2次光高調波発生測定による外部電圧印加で帯電させた摩擦発電層(PMDA-ODAポリイミド)の電界可視化2018

    • Author(s)
      田口 大, 間中孝彰, 岩本光正
    • Organizer
      2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [Presentation] 電界誘起光第2次高調波発生法によるトライボエレクトロニクスのための摩擦帯電測定系の構築とpolyimideの摩擦帯電と除電の測定2018

    • Author(s)
      田口 大, 間中孝彰, 岩本光正
    • Organizer
      有機エレクトロニクス研究会
  • [Presentation] 電界誘起光第2次高調波発生法によるトライボエレクトロニクスのための摩擦帯電測定系の構築とカプトンポリイミドの摩擦電荷発生のその場観察2018

    • Author(s)
      田口 大, 間中孝彰, 岩本光正
    • Organizer
      有機エレクトロニクス研究会
  • [Presentation] 変位電流法による自己組織化単分子膜の光誘起電子移動の観測と有機薄膜太陽電池の特性変化2018

    • Author(s)
      吉原興宙, 田口 大, 間中孝彰
    • Organizer
      平成31年電気学会全国大会
  • [Presentation] Optical and Electrical Anisotropy of Aligned π-Conjugated Copolymer Film Studied by the Spectroscopic Measurements2018

    • Author(s)
      T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      India-Japan Workshop on Biomolecular Electronics and Organic Nanotechnology for Environment Preservation-2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spectroscopic imaging for studying carrier behavior in organic semiconductor thin films2018

    • Author(s)
      T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      12th International Conference on Advanced Semiconductor Devices and Microsystems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study of Optical and Electrical Anisotropy of Aligned Donar-accepter Copolymer Thin Film Based on the Spectroscopic Measurement2018

    • Author(s)
      T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      The 18th International Discussion & Conference on Nano Interface Controlled Electronic Devices
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study of optical and electrical anisotropy of aligned donor-accepter copolymer thin film based on the spectroscopic measurement2018

    • Author(s)
      T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      17th International Conference on Organized Molecular Films
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of I-V hysteresis of tin perovskite thin films using capacitance-voltage measurement coupled with charge modulation spectroscopy2018

    • Author(s)
      T. Noma, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics (KJF-ICOMEP 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualizing distribution of triboelectric charge on PMDA-ODA polyimide film by using optical second-harmonic generation imaging technique2018

    • Author(s)
      D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto,
    • Organizer
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spectroscopic study of electric field induced optical second harmonic generation from PCPDTBT and PC71BM thin films2018

    • Author(s)
      I. M. Alrougy, D. Taguchi, T. Manaka
    • Organizer
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Probing internal electric field in organic photoconductors by using electric-field-induced optical second-harmonic generation2018

    • Author(s)
      D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto, K. Sakuma, K. Watariguchi, M. Kawahara
    • Organizer
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of hysteresis behaviors caused by ionic motion in tin perovskite thin films2018

    • Author(s)
      T. Noma, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Carrier Transport in Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Thin Film by Photoluminescence Decay Method2018

    • Author(s)
      L. L. Yin Win, D. Taguchi, T. Manaka
    • Organizer
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of Ion Migration in CH(NH2)2SnI3 Thin Films Using Electric-Field-Induced Optical Second-Harmonic Generation Measurement2018

    • Author(s)
      T. Noma, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto
    • Organizer
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018)
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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