2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K04947
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
池浦 広美 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90357319)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / ドーピング / 放射光 / 電子状態 / X線吸収分光 / 電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究実績の概要】
本研究では、有機半導体の低い導電率を改善し、高機能な有機デバイスを作製するためのドーピング手法の一つとして、低次元材料をはじめ、単一分子鎖にも適応可能な光酸化ドーピング手法の構築とメカニズムの解明を目的としている。光ドーピング過程においては、光照射による電荷移動だけではなく、複雑な光化学反応や、光触媒反応のような分解反応を生じるため、新たな計測手法の開発や取得したデータの解析技術の高度化が望まれる。
本年度は、ポリアセチレン高分子の側鎖に硫化メチル基が化学修飾されたPATAC-Me [poly(bismethylthioacetylene)] 塗布膜をシリコン基板上にドロップキャスト法で作製し、大気中で光照射を行い、光酸化ドーピングを行った。得られた試料の光照射前後における状態変化の測定には、高エネルギー加速器研究機構、物質構造科学研究所、放射光施設のビームタイムを利用して行い、以下の成果を得た。
１．Ｘ線吸収分光では、硫黄のＫ吸収端で測定を行い、光照射時間と光酸化ドーピングの反応量の評価を行った。有機薄膜は作製条件などに影響を受けやすいが、同一のUVランプを用いた場合、予備実験の結果[Appl. Phys. Lett. 111, 231605 (2017)]を再現することを確認した。
２. Ｘ線光電子分光では、光照射によって炭素の1sのスペクトルの高エネルギー側に幅広いピークが生じること、硫黄の1sのスペクトル全体が高エネルギー側にシフトすることなどを見出した。硫黄に関しては、酸素との結合が起こっているというＸ線吸収分光の結果と一致したが、詳細な酸化状態に関しては解析中である。
３．光酸化ドーピングを行うための新たな候補となる有機半導体分子の探索を行った。
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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
本研究は、おおむね順調に進展している。本研究では光酸化ドーピングの反応素過程を調べるため、光酸化ドーピング前の絶縁性の有機半導体の測定も比較対象として行う必要がある。絶縁性であるため、電子分光におけるチャージング現象は避けられない。しかしながら、中和銃を用いた場合、電子による試料の照射損傷の影響を排除できなくなるため、中和銃なしでの測定に成功する必要があった。また、光照射により膜厚の減少が予想されるため、膜厚を薄くしてチャージング現象を抑えることも難しい。実際に、電子分光測定を行ったところ、10eVを超える程の大きなチャージング現象が観測されたが、中和銃なしで測定することができた。本研究では、試料のＸ線損傷を抑えるために、偏向電磁石からの放射光を利用しており、放射光の輝度が小さいために測定ができたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は、放射光施設のビームタイムを利用して、申請者が発案した共鳴オージェ電子分光（RAS）法による伝導帯状態密度計測を行う。有機半導体の電子状態密度には伝導帯を形成する非局在したπ電子の成分だけではなく、局在したσ電子の成分が重なり、伝導にかかわる成分を実験的に見積もることは難しい。そこで、RASスペクトルの励起Ｘ線エネルギー依存性測定し、非局在化した伝導性の成分だけを選別したスペクトル解析を試みる。また、購入予定であった硫化アルキル基が化学修飾されたポリアセチレン化合物が薬品会社で取り扱い中止となり入手が困難となった。そのため、代替材料として一次元伝導性をもつ有機半導体の探索も進めている。
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| Causes of Carryover |
本年度は、設備費以外はほぼ予定通りの支出であった。現在投稿中の論文投稿料予定額10万円を差し引くと本年度設備費に充てられる額は170万円となる。交付額の減額査定により、翌年度以降も含めて支出計画の見直しを行ったところ、当初予定していた膜厚計（250万円）を購入することはできないと判断した。次年度繰越額170万円は膜厚計のレンタル料６0万円（15万円×4回）、UV照度計２５万円（レンタルも検討中）、次年度以降の減額査定分（H31年度直接経費査定額合計２０万円、R2年度直接経費査定額合計3０万円）への補充３０万円、著名誌への投稿料５５万円として使用する予定である。
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