2012 Fiscal Year Annual Research Report
有機・無機半導体ヘテロ接合の結晶成長と電子構造モデル化
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23760293
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
西永 慈郎 早稲田大学, 高等研究所, 准教授 (90454058)
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| Keywords | 有機・無機ヘテロ界面 / GaAs / フラーレン / 量子ドット / 電子トラップ |
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| Research Abstract |
本年度は有機・無機半導体ヘテロ界面の結合についての知見を得るため、GaAs結晶中のフラーレンの電子構造解析を行った。GaAs結晶にC60を添加し、透過電子顕微鏡(TEM)による結晶性評価と、電子エネルギー損失分光法(EELS)によるC60の電子構造解析を行った。TEM像によりC60が高濃度に添加されても、GaAs結晶に転位が一切発生しないことがわかった。EELS測定を行ったところ、炭素1sのエネルギー損失スペクトルが、C60単結晶のエネルギー損失スペクトルとよく一致することを確認した。これはGaAs結晶中に存在するC60の空軌道は活性であることを意味している。つまりC60/GaAsヘテロ界面には化学結合が形成されず、添加されたC60は本来の分子軌道を有していることがわかった。次に、C60添加GaAsのデバイス応用を目指し、GaAs pinダイオードにC60を添加し、ダイオードの動作特性がどのように変調されるかを詳細に調べた。CV測定によりC60電子トラップが負の空間電荷として機能し、空乏層を形成することがわかった。この結果はC60が深い準位として機能していることを示しており、価電子帯から電子をトラップし、正孔を生成することを示す。この結果もC60が中間準位として機能すること示しており、今後はC60電子トラップを中間準位として利用する高感度赤外線フォトダイオードを作製する。フラーレン多価金属複合体薄膜を利用した有機薄膜太陽電池の研究は、劣化試験を行うための真空装置の整備を行った。MBE装置にグローブボックスを接続し、製膜後窒素雰囲気にて太陽光を照射し、出力特性を評価できるようにした。有機薄膜は酸素や水分によって劣化するが、多価金属添加によってこの劣化を防げることを、今後、比較試験を用いて検証する。太陽電池構造の最適化も行い、機械的・化学的強度が高い有機薄膜太陽電池を目指す。
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