2012 Fiscal Year Annual Research Report
ＭＤＣ・ＳＨＧによる誘電現象としての有機薄膜の電子輸送・分極構造評価と素子特性
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22226007
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩本 光正 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40143664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田口 大 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (00531873)
間中 孝彰 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20323800)
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| Project Period (FY) |
2010-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | 分極構造評価 / キャリヤ輸送 |
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| Research Abstract |
「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」本研究項目では、水面上単分子膜の ドメイン分極構造イメージングシステムを構築し、色素を含有したリン脂質分子の水面上単分子膜において0.5秒で1枚のSHG像を得ることに 成功した。色素を含有したリン脂質分子と通常のリン脂質分子との混合膜である濃度比においては、ドメイン形状はアキラル（渦状とはならない） ながら、内部の分極構造はキラル（渦状となる）となるような状態が観測された。
「3電極系の有機FET構造を用いた柔構造分子膜素子のキャリヤ輸送の可視化と伝導解析」本研究項目では、顕微SHG法により有機FET構造 素子のチャネル内電界分布を評価し、さらに時間分解計測と組み合わせることでキャリヤ注入、蓄積、輸送過程を分離測定・評価する。本年度は、 物理的にトラップを制御する方法として、金属ナノ粒子をゲート絶縁膜界面上に分散させた素子も作製し、金属ナノ粒子によってトラップされ、こ のトラップキャリヤが作る空間電荷電界のため、注入機構や輸送機構が制限されていることが明らかとなった。さらに、顕微CMS法を用いて C60とペンタセンの2層からなる半導体層を持つトランジスタを評価し、両極性動作におけるキャリアの輸送課程をはじめて実験的に示すことができた。
「２電極系有機積層構造素子のキャリヤ輸送のダイナミックスと再結合・発光に至る過程・劣化機構」昨年度に引き続き、交流駆動下のEL発光の スペクトルについて検討するとともに、横型の発光トランジスタにおけるキャリアダイナミクスと再結合・発光に至る過程についても検討した。 TRM-SHG測定から電子とホールのキャリヤ輸送の様子を直接観測し、同時注入時に再結合位置を予想し、定常状態における発光位置と一致す ることを示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は、『有機材料のフレキシブル性に潜む物理を究め、分子形状・配列に起因する界面現象・量子的現象を制御可能として、有機デバイス物 理・工学へと学術分野を開拓すること』を目指したものであり、その研究はキャリヤのダイナミックな挙動を誘電分極現象として捉えて可視化する 技術の開発とその解析技術に支えられている。これまでの研究で、これらの技術開発と解析技術開発が順調であり、新しい発見もあったことから、 「当初の目標を超える研究の進展があり、予定以上の成果が見込まれる」と判断している。
特に、ダイナミックに様々なデバイス中を移動する電子・正孔のキャリヤ挙動を可視化できる技術を確立したことにより、両極性動作する有機デバ イスのキャリヤ挙動の評価や、曲げ変形などを発生させたときのチャネル内のキャリヤ挙動を解析し、可視化できるようにした。さらに、本研究で は、フェムト秒波長可変レーザを用いて分極構造を可視化するSHGイメージング系を世界で初めて構築し、ドメイン形状と分極構造を可視化する ことに成功した。これにより、これまでに導いてきたドメイン形状方程式の解との対応について検討できる見通しが得られ、結果として、ソフトな 膜の変形の物理・工学へ結ぶ可能性を十分に拓くことができたと確信している。
また、当初計画した海外機関（中国清華大学、物理研究所など）との共同研究も順調で、計画に沿って招へいや訪問も実施されている。その結果、 新しい界面膜の評価手法やキャリヤ挙動の解析、さらに、海外機関が用意した有機材料を用いて、本研究の要となるＭＤＣやＳＨＧを用いた膜評価 ならびにデバイス特性評価の研究も順調に進んでいる。さらに、当初、計画時には想定していなかった新しい発見にも繋がっていることから「当初の目標を超える研究の進展がある」と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、『有機材料のフレキシブル性に潜む物理を究め、分子形状・配列に起因する界面現象・量子的現象を制御可能として、有機デバイス物 理・工学へと学術分野を開拓すること』を目指したもので、その研究はキャリヤのダイナミックな挙動を誘電分極現象として捉えて可視化する技術 の開発とその解析技術に支えられている。そして、平成２４年度までの研究で、これらの技術開発と解析技術開発が順調であり、新しい発見もあっ たことから、平成２５年度以降の研究は、当初研究計画に沿いながら、新しい試みも追求しながら進める予定である。具体的に書く研究項目ごとに まとめると、
「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」SHGにより観測したドメイン内の 面内分極構造とオーダパラメータとの関係を明らかにし、ドメイン形状変化のその場観察と制御を行うことで、マクロな表面圧力によるミクロ構造 を持つパターン形成技術としてまとめる。
「3電極系の有機FET構造を用いた柔構造分子膜素子のキャリヤ輸送の可視化と伝導解析」絶縁膜の分極に注目してTRM-SHG法で絶縁層内 の分極伝搬を調べ、積層界面の蓄積電荷量・トラップの状態との関係を、分極伝搬像を分析してMW効果と関連させて解析する。
「２電極系有機積層構造素子のキャリヤ輸送のダイナミックスと再結合・発光に至る過程・劣化機構」SHG信号強度の時間特性がn乗則に従うこ とが明確になったので、劣化解析法として検討する。
「有機量子形状効果素子の試作・特性評価及び電界を活用する評価手法」量子的ドメイン形状をフレキシブル基板に転写し、基板上でのドメイン形 状・分極構造を光学的に観測する。また、基板に曲げ応力を与えたときのドメイン形状・分極構造の変化を光学的に計測する。
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