2020 Fiscal Year Annual Research Report
Direct observation of electric potential in organic EL devices by operando electron holography
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20H02627
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
山本 和生 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (80466292)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉本 則之 岩手大学, 理工学部, 教授 (80250637)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 有機EL / オペランド計測 / 電位分布 / 電子線ホログラフィー / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０２０年度は，有機ELデバイスに用いられる代表的な２層の有機半導体膜を作製し，電子線ホログラフィーを用いて，ビルトイン電位分布を定量的に計測することに世界で初めて成功した．
電子輸送層（n-type）であるAlq3と正孔輸送層（p-type）であるalpha-NPDを，ITO (Indium-Tin-Oxide)/ガラス基板上に成膜し，集束イオンビーム(FIB)加工装置を用いて，透過型電子顕微鏡（TEM）用の試料を作製した．この試料は，有機半導体のヘテロ接合となるため，各層の平均内部電位をあらかじめ計測しなければ，定量的なビルトイン電位を求めることは不可能である．そこで，45度の傾斜をつけたくさび形状のTEM試料を作製し平均内部電位のみを計測した．その結果，Alq3層の平均内部電位は6.52 V，alpha-NPD層は6.48 Vと求められた．次いで，厚さ360 nmの平面TEM試料を作製し，位相シフト電子線ホログラフィーを用いて，各層を横切るビルトイン電位分布を計測した．Alq3層内，alpha-NPD層内およびその界面近傍の３つの領域に，電位の傾斜（電場）が明瞭に観察された．それぞれの電場は，3.1 MV/m，-1.8 MV/m，-10.0 MV/mと計測された．過去の論文を含めて，検出された電場の起源を考察した結果，Alq3層内の電場は，自発分極と巨大表面電位（giant surface potential: GSP）と考えられる．また，GSPは，alpha-NPDとの界面近傍にも影響を及ぼし，Alq3とalpha-NPDのバンド変化も相まって急峻な電場が形成されたと考えられる．alpha-NPD内での電場は，alpha-NPDの熱活性によって生成された正孔によるものと考えられる．以上の内容を，応用物理関連のジャーナルに投稿した（現在，審査中）．
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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
計画通り，２層の有機EL膜の電子線ホログラフィー計測を行い，ビルトインに形成された電位分布を観察することに成功した．また，観察された電位分布や電場の解釈を行い，その成果を論文としてまとめ，投稿まで行うことができた．今後の研究を進める上で，重要な計測と解釈ができたと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
有機EL層の数を３層に増やし，同様に，電子線ホログラフィー計測を行うことを考えている．具体的には，Alq3層とalpha-NPD層の間に，発光層であるRubreneを挿入し，形成される電場がどのように変化するかを観察する．過去に我々のグループが行った予備計測では，Alq3層とRubrene層の界面で電位が負の方向に低下する傾向があるため，２層の時の結果も合わせて，３層での電場形成を解釈したいと考えている．また，電子顕微鏡内で電圧を印加しながらのオペランド計測技術も同時に開発を進める予定である．
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Research Products
(3 results)
