有機半導体単結晶によるナノスケール光共振器構造の構築

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23510147
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 熊代 良太郎 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (00396417)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徐 静涛 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助手 (40571097) ; 平郡 諭 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (70611648) ; 劉 富才 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助手 (60644797) ; タンガベル カナガセカラン 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助手 (40644802)
• Keywords: 有機半導体 / ナノ構造 / FET / 光共振器 / 有機単結晶 / レーザー発振 / 電子線リソグラフィー

Research Abstract

既存の光共振器構造と電界効果型トランジスタ（FET）構造とを組み合わせ、有機半導体単結晶に適した電気励起レーザー素子構造を構築する、という研究目標を達成するため、前年度までの期間においては、新しい高効率発光有機単結晶材料の探索、およびFET構造中の界面状態制御による発光の高効率化を行ってきた。
平成25年度においては、光共振器とFETとの複合構造をナノスケールで実現するための最重要技術である電子線リソグラフィー技術を用いた、単結晶薄膜デバイス作製におけるマイクロパターニング手法の適用と物性評価を中心目標として研究を遂行した。
所属機関内での共同研究による、フェニルチオフェン新規誘導体単結晶を用いた光励起発光特性およびFET特性の研究の進展により、側鎖長や置換基位置、そして分子形状に基づいた結晶構造変化を基にした材料設計の指針を得ることができた。これらの知見と、FET構造における重要研究課題である金属－半導体接合状態の解析とを関連づけ、大気中で安定な発光動作を示すFETの開発に成功した。現在、成果が論文にまとめられ投稿されている。またこれらの結果をもとに、またデバイス内の界面状態制御と融合させた新しい研究を、研究分担者と共同して開始したいと考えている。
電子線リソグラフィーによる微小共振器構造作成を目指した技術開発を行った。有機半導体単結晶への光共振器微細構造作成には至らなかったが、化合物半導体単結晶への微細加工と物性評価を通じてリソグラフィー技術の条件最適化や特性評価法の確立を行った。

Research Products

• [Journal Article] High-Sensitivity Photodetectors Based on Multilayer GaTe Flakes (2014)
  • Author(s): F. Liu, H. Shimotani, H. Shang, T. Kanagasekaran, V. Zolyomi, N. Drummond, V. I. Falko and K. Tanigaki
  • Journal Title: ACS NANO Volume: 8(1)巻 Pages: 752-760
  • DOI: 10.1021/nn4054039
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kondo-like mass enhancement of Dirac fermions in Ba(Fe1-xMnxAs)2 (2014)
  • Author(s): T. Urata, Y. Tanabe, K.K. Huynh, H. Oguro, K. Watanabe, S. Heguri and K. Tanigaki
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 89 Pages: 024503
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.024503
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electron and Hole Injection via Charge Transfer at the Topological Insulator Bi2-xSbxTe3-ySey-Organic Molecule Interface (2014)
  • Author(s): Y. Tanabe, K.K. Huynh, R. Nouchi, S. Heguri, G. Mu, J.T. Xu, H. Shimotani and K. Tanigaki
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 118 Pages: 3533-3538
  • DOI: 10.1021/jp409715s
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single crystal biphenyl end-capped furan-incorporated oligomers: influence of unusual packing structure on carrier mobility and luminescence (2013)
  • Author(s): Kazuaki Oniwa, Thangavel Kanagasekaran, Tienan Jin, Md. Akhtaruzzaman, Yoshinori Yamamoto, Hiroyuki Tamura, Ikutaro Hamada, Hidekazu Shimotani, Naoki Asao, Susumu Ikeda, and Katsumi Tanaigaki
  • Journal Title: J. Mater. Chem. C Volume: 1 Pages: 4163-4170
  • DOI: 10.1039/C3TC30220B
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical Analysis on the Optoelectronic Properties of Single Crystals of Thiophene-furan-phenylene Co-Oligomers: Efficient Photoluminescence due to Molecular Bending (2013)
  • Author(s): Hiroyuki Tamura, Ikutaro Hamada, Hui Shang, Kazuaki Oniwa, Md. Akhtaruzzaman, Tienan Jin, Naoki Asao, Yoshinori Yamamoto, Thangavel Kanagasekaran, Hidekazu Shimotani, Susumu Ikeda, and Katsumi Tanaigaki
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 117 Pages: 8072-8078
  • DOI: 10.1021/jp400646n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Low-Temperature Physical and Thermoelectric Properties of Ba8Ni5Ge41 (2013)
  • Author(s): Jingtao Xu, Jiazhen Wu, Yoichi Tanabe, Satoshi Heguri, Gang Mu, Hidekazu Shimotani, and Katsumi Tanigaki
  • Journal Title: J. Elect. Mater. Volume: 42 Pages: 2025-2029
  • DOI: 10.1007/s11664-013-2509-z
• [Journal Article] A Field-Directional Specific Heat Study on the Gap Structure of Overdoped Ba(Fe1-xCox)(2)As-2 (2013)
  • Author(s): Gang Mu, Jun Tang, Yoichi Tanabe, Jingtao Xu, Bin Zeng, Bing Shen, Fei Han, Hai-Hu Wen, Satoshi Heguri, and Katsumi Tanigaki
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 82 Pages: 054714
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.054714
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Physical Properties Study on Nobel Metal Containing Type I Clathrates: Ba8MxGe46-x (M=Cu, Ag, Au), Synthesized by Sn Flux (2014)
  • Author(s): Jiazhen Wu, Satoshi Heguri, Yoichi Tanabe, Hidekazu Shimotani, and Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Synthesis and characterization of Bi2-xSbxTe3-ySey ultrathin films (2014)
  • Author(s): Tu Ngoc Han, Yoichi Tanabe, Khuong Kim Huynh, Hidetoshi Oguro, Kazuo Watanabe, Satoshi Heguri, Hidekazu Shimotani, and Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Magnetic properties in electron doped acenes (2014)
  • Author(s): Quynh T. N. Phan, Satoshi Heguri, and Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Rubrene-Doped Tetracene Crystals with High Luminescent Efficiency Applied in Field-Effect Transistors (2014)
  • Author(s): Hui Shang, Kanagasekaran Thangavel, Fucai Liu, Shota Kobayashi, Hidekazu Shimotani, and Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Synthesis and electronic states of cage-structured clathrates containing d-transition elements (2014)
  • Author(s): Thangavel Kanagasekaran, Jiazhen Wu, Satoshi Heguri, Yoichi Tanabe, Hidekazu Shimotani, and Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 物質内部空間に存在する原子の創出するフォノン：アインシュタインモードからラットリングモードへの移行 (2014)
  • Author(s): 谷垣勝己、Jiazhen Wu、平郡諭、田邉洋一、下谷秀和
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] Ba黒鉛層間化合物の作製と超伝導 (2014)
  • Author(s): 平郡諭、河出直哉、藤沢拓実、山口明、住山昭彦、谷垣勝己、小林本忠
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 絶縁層表面修飾による有機薄膜トランジスタのキャリア注入障壁の変化 (2014)
  • Author(s): 下谷秀和、カナガセカラン サンガベル、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 鉄系超伝導体FeSeの単結晶育成と磁場中輸送特性 (2014)
  • Author(s): 田邉洋一、浦田隆広、Huynh Kim Khuong、小黒英俊、渡辺和雄、平郡諭、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 平塚
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] カリウム金属添加ピセン化合物Kxpiceneの磁化率 (2013)
  • Author(s): 小林本忠，藤原佑樹，平郡諭，谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] 鉄ニクタイド化合物Ba(FeAs)2のディラックコーンへの非磁性・磁性不純物置換効果 (2013)
  • Author(s): 田邉洋一，浦田隆広，Huynh Kim Khuong，平郡諭，谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 20130925-20130928
• [Presentation] Effects of d-elements substitution on electronic states in clathrate compounds (2013)
  • Author(s): J. Wu,D. Pranant,S. Heguri,Y. Tanabe,H. Shimotani and K. Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2013-09-27
• [Presentation] 単結晶六方晶窒化ホウ素へのキャリアドーピング (2013)
  • Author(s): 平郡諭,Phan T. N. Quynh,田邉洋一,下谷秀和,谷口尚,谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2013-09-26