Investigation of the nucleation processes in thin film growth of organic semiconductors by simultaneous measurement of QCM and X-ray scattering

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05265
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: Matsubara Ryosuke 静岡大学, 工学部, 助教 (60611530)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 有機薄膜 / 薄膜成長 / 有機半導体 / n-アルカン / 水晶振動子マイクロバランス / 微小角入射X線回折

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study was to clarify the structure formation process of organic semiconductor thin films in the initial stage of thin-film growth by simultaneous in-situ measurements of quartz crystal macrobalance (QCM) and two-dimensional grazing-incidence X-ray diffraction (2D-GIXD).
The time evolution of molecular adsorption by QCM and the time evolution of intensities of diffraction peaks and diffuse scattering by 2D-GIXD during the initial stage of thin film growth of pentacene confirmed the existence of a metastable state before the formation of stable nuclei, and suggested the metastable nuclei is an amorphous cluster.

Free Research Field

有機薄膜成長

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では有機半導体薄膜成長初期過程において、先行研究で行った水晶振動子マイクロバランス(QCM)に加えて、二次元微小角入射X線回折(2D-GIXD)も同時に測定することに成功した。2D-GIXDとQCMの同時測定により、これまでQCMだけでは明らかにすることのできなかった有機半導体薄膜形成初期過程における準安定状態の存在やその構造を明らかにすることができた。これらは有機薄膜の分子配向や成長様式の決定メカニズム解明につながる学術的に重要な結果である。さらに、分子配向や成長様式は有機半導体デバイスの性能にも直結することから、応用に向けたデバイス作製条件の最適化にも貢献することが期待される。