2020 Fiscal Year Research-status Report
過渡電流法と非線形分光を組み合わせた新規計測技術による有機デバイスの電荷挙動解明
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20K15359
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
片桐 千帆 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 産総研特別研究員 (00824400)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 非線形光学 / 和周波発生分光 / SFG / 有機エレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機半導体デバイスの電気物性には、有機膜内部での電荷輸送特性と有機界面や電極界面での特性の両方が反映される。したがって、デバイス動作機構の詳細を理解するには、動作環境下にあるデバイスの膜内部と界面での電荷挙動を区別して観測する必要がある。そこで本研究では、膜内部の電荷挙動観測のための過渡電流法と界面観測に適した和周波発生(SFG)分光を組み合わせた計測技術を開発し、実動作環境下に置かれたデバイス中の電荷輸送や電荷蓄積挙動の観測手法として確立することを目的とした。
本年度はまず、パルス電圧印加によって観測される過渡電流から電荷移動度や蓄積電荷量を定量的に評価できる過渡電流測定系の立ち上げを行った。その際、酸化アルミニウムと自己組織化単分子膜を組み合わせた薄膜絶縁膜をもつMIS構造素子を作製し、過渡電流測定に用いることで、実デバイスと同様の数十ナノメートルの有機膜中での電荷移動度測定を可能にした。
次に、蓄積電荷が引き起こす分極現象に起因した電界誘起SFGスペクトルを計測し、スペクトル強度と蓄積電荷量との相関性を検証した。駆動する有機トランジスタ素子を用いてSFG測定を行ったところ、有機－絶縁層界面の蓄積電荷量の増加に伴いスペクトル強度が強くなる現象が観測され、これは界面の蓄積電荷によって作り出された電界による電界誘起効果だと考えられる。また以上の結果は、SFG分光法が有機デバイス中の埋もれた界面における電荷蓄積挙動を観測するのに有効な手段であることを示すものである。
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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
本年度は、研究の基盤となる過渡電流測定と電界誘起SFG測定のための実験系を構築するとともに、測定に適した有機材料の選定、サンプル作製条件や測定条件等の最適化に取り組んだ。構築した実験系を用いることで、DPh-BTBTを有機層とする有機トランジスタ内部での電荷蓄積挙動の観測に成功していることからも、計画通り順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機膜中の輸送電荷によって誘起される局所電場をスペクトル強度の変調として捉え、有機膜を横断するのにかかる時間を直接測定し、電荷移動度を見積もる解析手法の確立を目指す。また、過渡電流法で実測した蓄積電荷量とSFGスペクトル強度との相関性を定量的に示し、スペクトル強度の変化に対する定量的尺度を付与する。これにより、電界誘起SFG分光による界面蓄積電荷量の定量解析を実現したい。
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| Causes of Carryover |
学会参加にかかる旅費として計上予定であったが、新型コロナウイルスの影響でオンライン開催となり交通費や宿泊費等が不必要になったため。
デバイス作製に必要な基板、有機材料および薬品等の購入のために計上予定である。
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