2014 Fiscal Year Annual Research Report
縦型有機発光トランジスタの開発と動作メカニズム解明
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25288113
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
中山 健一 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (20324808)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機エレクトロニクス / 有機トランジスタ / 有機EL / 発光トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目である本年度は、昨年度はじめて確立したp型メタルベース有機トランジスタ（MBOT）を用いた発光トランジスタを用いて、さまざまな発光材料に展開し効率向上のための因子の分析を行った。
これまで発光層としてはもっとも標準的なAlq3を用いて電流発光効率0.57 cd/Aを達成したが、より高性能の発光材料を適用できるか検討を行った。蛍光発光層としてC545T/MADN、ホール輸送層としてはMBOTで必要不可欠な大気下加熱プロセスによる影響を低減するために、通常のNPBより高Tg材料であるDMFL-NPBを用いた。その結果、蛍光系では約２倍となる1.2 cd/Aを実現することができた。また、燐光系材料への展開も行い、標準的なIr(ppy)3 : CBP系の発光層において5.2 cd/Aを実現した。このように、実績のあるOLED材料を比較的簡単に発光トランジスタに導入できるのが本デバイスの特徴であり、半導体特性と発光特性を同時に満たす必要がある発光FETと異なる点である。
一方で、MBOTに必須の大気下加熱処理を回避する可能性を検討した。ベースAl電極を蒸着時に部分的に酸化させることにより、大気下加熱プロセスなしでもある程度のMBOT性能を実現することができた。その結果、燐光系発光MBOTにおいてこれまでで最も高い10.4 cd/Aを実現することができた。
また、発光MBOTの動作メカニズムを使った有機ELのチャージバランスを直接測定する新しい測定手法の検討を行った。発光MBOTのベース接地測定を行うことで、ベース・コレクタ間電圧（有機EL電圧）を一定のまま、ホールの供給量だけを変化させることができる。これにより、チャージバランス最適化による発光効率の極大点を観測することに成功した。これにより二極素子の有機ELにおいてはどうしても不可能な、「キャリアバランスの直接観測」を実現できる可能性がある。
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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
本研究課題開始時の最大の関心事であった、「縦型発光トランジスタはどこまで高性能化が可能か？」という問いに対しては、単独OLEDと発光MBOTの性能関係を定量的に分析する手法を確立し、種々のOLED材料を発光MBOTへ展開できるようになったことで、かなり見通せるようになってきた。今後は、現在の枠組みに基づいて種々のOLED材料を適用していくことにより系統的な性能向上を実現できると期待され、p型発光MBOTというプラットフォームをほぼ２年で確立することができた。
一方、「MBOTの大気下加熱」というこれまでのMBOT自体の開発においても回避が難しい問題が中心にあることが分かってきた。本年度の成果としてある程度解決できる可能性を示すことができたが、根本的な解決は一朝一夕では難しいと考えられる。MBOTメカニズムのより深い理解と、半導体材料の探索が望まれる。
当初予期していなかった成果として、ベース接地測定による「有機ELのチャージバランス直接測定」のアイディアは学術的にインパクトのあるものである。これらの状況をトータルとして判断すると、まずまず順調であると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでの研究成果により、実績のあるさまざまなOLED材料を用いて発光MBOTに展開するデバイス設計技術を確立することができた。また、単独OLEDと発光MBOTの発光効率の系統的な比較により、MBOTの大気下加熱プロセスが発光効率低下にかなり大きな影響を与えていることが分かってきた。今年度の成果により部分的にこの問題を回避する手法も見つかったが、根本的に大気下加熱を回避する手法の開発が望まれる。
素子構造の抜本的な改造の可能性として、有機ELポリマーをコレクタ層に用いた発光MBOTの可能性が考えられる。元々ポリマーEL素子は、単層でありながらホールと電子の注入機能、膜バルク再結合による高い発光性能を有しており、これをうまく発光MBOTのコレクタ層に用いることができれば、有機EL層と半導体層を一体化でき大幅に素子構造が単純化される可能性がある。
また新たに見いだした発光MBOTを用いた有機ELのチャージバランス直接観測のアイディアは、特殊なMBOTの動作メカニズムを活かしたものであり他の手法では得られない貴重な情報を与える。今後、いくつかの系において系統的にチャージバランス評価、minorityキャリア量の絶対評価を積み重ねていくことにより、新たな測定手法としての有用性を検証していきたい。
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| Causes of Carryover |
材料費等の消耗品の使用量を、当初の予定よりも節約できたため。また、研究成果の発表を行う予定であった国際学会が、次年度へ持ち越しとなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度以降に、主に消耗品などの物品費や旅費として使用予定である。
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[Journal Article] Effect of alkyl substituents: 5,15-bis(trimethylsilylethynyl)- vs. 5,15-bis(triisopropylsilylethynyl)-tetrabenzoporphyrins and their metal complexes2015
Author(s)
K. Takahashi, N. Yamada, D. Kumagai, D. Kuzuhara, M. Suzuki, Y. Yamaguchi, N. Aratani, K. Nakayama, and H. Yamada
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Journal Title
J. Porphy. Phthal
Volume: 19
Pages: 465-478
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Supramolecular Engineering of Oligothiophene Nanorods without Insulators: Hierarchical Association of Rosettes and Photovoltaic Properties2014
Author(s)
S. Yagai, M. Suzuki, X. Lin, M. Gushiken, T. Noguchi, T. Karatsu, A. Kitamura, A. Saeki, S. Seki, Y. Kikkawa, Y. Tani, K. Nakayama
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Journal Title
Chem. Eur. J
Volume: 20
Pages: 1-11
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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