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2021 Fiscal Year Annual Research Report

光誘起分極電流で駆動する光電変換素子

Research Project

Project/Area Number 19J01990
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

横倉 聖也  北海道大学, 工学研究院, 助教

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords有機エレクトロニクス / 分極 / 光電変換 / 界面分極
Outline of Annual Research Achievements

有機光電変換は,低コスト,光センシングの可変性など多くの利点を持つが,有機半導体は大気中での安定性,キャリア移動度の低さなどの欠点がある.そこで,本研究では,金属(M)/絶縁体(I)/半導体(S)/絶縁体(I)/金属(M)からなるMISIM型光電変換セルを対象に研究を進めた.このセルはS/I/Mの界面をキャリアが通過することなく,純粋な分極電流を誘起できる.
これまで,材料の最適化が検討されているが,本研究では照射する変調光のON時間とOFF時間の比(duty比)をパラメータとし,MISIM型デバイスの光応答性を検討し,実用化に向けた光電変換の高速化・高効率化の指針を得ることを目的とした.0.2~2.0マイクロsの班にで変調光のON時間とOFF時間を独立に変化させることにより,過渡光電流の立ち上がり時間がduty比(D = ON時間/(ON時間+OFF時間))によって30%改善されることがわかった.また,1サイクルで発生する電荷キャリアはD = 0.5で最大となり,変調周波数の増加とともに時間平均が徐々に増加することを明らかにした.これらの特徴は,RC回路の簡易的な理論モデルでよく説明できる.
光電変換以外にも,MISIM型デバイスを用いた分極メモリを作製した.このデバイスはバルク分極を起源とする強誘電体とは異なり,I/S界面の界面分極が起源となり分極ヒステリシスを誘発する.よって,分極を持たない常誘電材料を積層し,外部電場を印可するだけで容易に分極メモリ効果が得られる.この素子の分極値はI層の静電容量と相関があり,材料選択により自由に分極値を制御可能だと期待される.分極値の巨大化や分極反転電圧の改善が今後の課題である.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Stabilization of Interfacial Polarization and Induction of Polarization Hysteresis in Organic MISIM Devices2021

    • Author(s)
      Yokokura Seiya、Tomimatsu Akihiro、Ishiguro Jun、Harada Jun、Takahashi Haruka、Takahashi Yukihiro、Nakamura Yuto、Kishida Hideo、Suizu Rie、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 13 Pages: 31928~31933

    • DOI

      10.1021/acsami.1c08417

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 有機薄膜デバイスの界面分極安定化により誘起される分極ヒステリシス2022

    • Author(s)
      横倉聖也,阿波賀邦夫
    • Organizer
      化学系学協会北海道支部2022年冬季研究発表会
  • [Presentation] 有機薄膜デバイスの界面分極安定化による分極ヒステリシス誘発2022

    • Author(s)
      横倉聖也,島田敏宏,阿波賀邦夫
    • Organizer
      令和3 年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
  • [Presentation] 有機デバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシスの誘発2022

    • Author(s)
      横倉 聖也、富松 明宏、原田 潤、高橋 幸裕、中村 優斗、岸田 英夫、水津 理恵、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Rate-determining process in MISIM photocells for optoelectronic conversion using photo-induced pure polarization current without carrier transfer across interfaces2021

    • Author(s)
      S. Yokokura
    • Organizer
      Pacifichem2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機MISIMデバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシスの誘発2021

    • Author(s)
      横倉 聖也、富松 明宏、原田 潤、高橋大空,高橋 幸裕、中村 優斗、岸田 英夫、水津 理恵、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 有機強誘電デバイス2022

    • Inventor(s)
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • Industrial Property Rights Holder
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2022/008557

URL: 

Published: 2022-12-28  

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