2012 Fiscal Year Annual Research Report
様々な外部環境下における有機化合物へのキャリア注入と新奇物性の探索
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23684028
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
堀場 律子(江口律子) 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (50415098)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 芳香族化合物 / 電界効果キャリアドーピング / 超伝導 |
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| Research Abstract |
本研究では有機化合物を用いた電界効果キャリア注入を様々な外部環境下で行うことにより、これまで見いだされなかった新しい物性を発見しコントロールすることを目的としている。本年度では昨年度立ち上げた高真空プローバー伝導特性測定装置を用いて芳香族有機薄膜および単結晶の電界効果トランジスタ（FET）特性を調べた。
有機薄膜・単結晶の材料としては、ベンゼン環が5つジグザグに連なったピセンをはじめとして、6つの[6]フェナセン、７つの[7]フェナセンを用いた。これらの材料については有機の中でも比較的高移動度のFET特性を示すことが知られている。本研究では、[6]フェナセンの薄膜FET（SiO2/Si基板）において、薄膜FETでの世界最高記録の移動度（～8 cm2/V-s）に迫る～7 cm2/V-sの高移動度を達成した。これはホール蓄積側での動作（pチャネル動作）である。一方、本研究では電子蓄積による動作（nチャネル動作）を達成することを目的の一つとして挙げている。電子蓄積がされやすいように電極からのキャリアの伝導パスを有機物質のLUMOレベルに近くなるようにするために、電極材料を金よりも仕事関数の小さな金属材料に変えてデバイス試料を作製した。その結果、低電流値ながらもpとnチャネルの両極動作を確認することができた。これは電子蓄積による物性変化への第一歩であり、nチャネル側で引き続き高い電流値と移動度を達成するべく条件を絞って実験を進めている。
また電圧印加下の有機薄膜の電子状態を観測するための実験を進めている。基板と薄膜の界面でのキャリア蓄積による電子状態の変化を観測するために、バルク敏感な電子状態観測手法である軟X線発光分光の予備測定を行い、来年度の研究計画への足掛かりとなる結果が得られた。
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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
1年目の装置立ち上げに続き、今年度はその装置を用いて有機薄膜・単結晶のFET特性を調べることができている。特に5端子プローブを用いた4端子電界効果トランジスタ測定や低温までの温度変化測定が可能となり、有機電界効果トランジスタの詳細な特性を調べることができている。伝導特性の変化を議論するためには温度変化測定は必要不可欠であり、本研究の進捗により研究目的を達成するための実験環境が整えられている。有機へのキャリアドーピングのみならず、無機物質などにもこれらの実験手法を適用しており、その結果については論文として発表している。また、最終的な目標である電圧印加下における電子状態の研究についても始めることができ、本年度までの研究内容は研究目的を達成する上でおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策として、電界効果キャリアドーピングにより伝導特性を大きく変化できるように、より多くのキャリアを効率的に蓄積できる材料の探索やデバイス作製法など、実験条件を詰める必要がある。電極金属を金だけでなく仕事関数の小さい金属（ストロンチウムなど）に変えることにより、弱いながらもnチャネル動作（電子蓄積による伝導度の上昇）が観測できるという結果が得られつつあるため、試料へのダメージが少ない真空内で各種金属を電極に用いたデバイス試料を作製し、確実にnチャネル動作をする試料作製を行う。また、使用するイオン液体についても、ゲル化やシート化などによって、より効率的にキャリアを蓄積できるようにし、安定的に低温までの伝導特性測定ができるようにする。電子状態の研究については放射光を用いた実験を行っているが、有機薄膜に対する光照射ダメージが問題となっている。薄膜をカバーしたデバイス試料の作製や単結晶を用いるなど、試料を変えた測定を試みる。
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