2011 Fiscal Year Annual Research Report
Mgドープ半導体性C60薄膜の構造と電気伝導の解明
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21560341
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
小島 信晃 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70281491)
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| Keywords | フラーレン / ドーピング / 半導体物性 / エピタキシャル成長 / 分子性固体 / 太陽電池 / 薄膜トランジスタ |
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| Research Abstract |
有機太陽電池や有機薄膜トランジスタなどのデバイス特性向上に向けた研究として、Mg ドープC_<60>薄膜材料に着目し、その構造、および電気伝導に関する評価を行った。
前年度、フーリエ変換赤外分光(FT-IR)法を中心とした測定により、Mg ドープC_<60>薄膜では、一部のC_<60>分子同士がダイマーやポリマーを形成し、複数の種類のポリマーが混在した状態になっていることが確認できた。本年度は、Mg ドープC_<60>薄膜の構造と電気伝導の関係を明らかにするため、X線回折やFT-IR測定による構造評価と、導電率のMg濃度依存性を比較した。
Mg/C_<60>モル比が約1.5以下の低Mg濃度領域では、マイカ基板上にMg ドープC_<60>薄膜をエピタキシャル成長して高品質な結晶を成膜することが可能である。その導電率は結晶性とMg濃度の両方に依存し、結晶性が良く、Mg濃度が高い試料ほど導電率が高い。その依存の度合いは、Mg濃度よりも結晶性の方により大きく依存する。導電率の最大値は約3x10^<-3>Ω^<-1>cm^<-1>の値を得た。しかし、結晶性の良い試料でも、FT-IR測定ではポリマーの存在を示す吸収ピークが得られており、C_<60>の分子レベルでは、部分的にポリマー化していると考えられる。
Mg/C_<60>モル比が約1.5以上の高Mg濃度領域では、C_<60>分子同士のポリマー化が進行し、複数の種類のポリマーが混在した状態になるため、もはや結晶化することができず、X線回折では、非常に弱いブロードな回折ピークしか得られなくなる。高Mg濃度領域では導電率が低下し、その原因はC_<60>の結晶性劣化によるものと考えられる。
以上の結果から、Mg ドープによりC_<60>薄膜の導電率は大きく向上するが、Mg濃度それ自体よりも、結晶性に大きく依存することが分かった。
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