2013 Fiscal Year Annual Research Report
有機半導体電極界面のキャリア注入・取り出し機構の解明
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25288114
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
石井 久夫 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (60232237)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 裕 千葉大学, 先進科学センター, 助教 (20399538)
中山 泰生 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 助教 (30451751)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高感度紫外光電子分光 / 光電子収量分光 / 有機半導体 / 界面電子構造 / キャリア注入 / 有機EL素子 |
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| Research Abstract |
電極界面を通したキャリアの注入・取り出しは有機エレクトロニクスの性能を左右する重要なプロセスである．従来は有機半導体のHOMO（またはLUMO）準位と電極のフェルミ準位のエネルギー差に相当する
“障壁高さ（バリアハイト）”という一元的なパラメーターで解釈されてきた．最近になって，バンドギャップに存在する低状態密度状態(ギャップ内準位)が電極から有機層へのキャリアの注入にも重要な影響を与えることが指摘されている．そこで，従来モデルから脱却し，ギャップ内準位を考慮して実デバイス特性を説明できるモデルの構築が強く望まれている．本研究では，(i)我々がこれまで開発を進めてきた低迷光低エネルギー光電子分光と光電子収量分光を活用し，フェルミ準位直下の状態密度を5ケタにおよぶダイナミックレンジで直接観測し，(ii)電子構造測定と同一試料・同一環境下での電気測定をおこない，界面の電気特性を解析する．対象としては，有機EL素子の電極界面でのキャリア注入，ならびに有機太陽電池での電極へのキャリア取り出しを取り上げ，分子の配向効果，分子軌道の空間分布，状態密度に立脚してその機構を解明し，特性向上への指針を示すことを目的とする。
平成25年度に、光電子分光を測定した薄膜を真空チャンバー中でそのまま素子化し、電気特性をin-situで測定する装置を整備することを計画していた。実際の設計において、現有チャンバーの仕様と不整合な点が見つかったため、改良をすすめた。現在、設計を終了し、装置作成のフェーズにはっている。装置開発がやや遅れたので、正孔輸送材料／ITO界面をはじめとするのいくつかのモデル界面の高感度光電子計測を前倒しして行い、フェルミ準位近傍にある微小な状態密度の直接観測を行い、注入過程に寄与しうることを定量的に示すことに成功した。
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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
真空槽内で電気測定を行うシステムの開発が予定よりやや遅れているが、かわりに、電子構造解析を前倒しして行い、微小な状態密度が電極フェルミ準位近傍に存在し、注入過程に寄与しうることを定量的に示すことができたので、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気測定のための装置は平成26年度の早い段階で設置できるので、すみやかに調整をおえ、前倒し測定している正孔輸送材料／ITO界面について、in-situ測定を行う。その後、現有のＴOF装置を組み込み、移動度のin-situ測定ができるように整備する。さらに、平行配向により素子特性の改善効果が報告されている系を対象として、PYS,高感度UPS,KP測定を行い、同一試料に対して、I-V測定、TOF測定の温度依存性の実験を行う。得られた結果をもとに、広く用いられているBesslerモデルを定量的に評価し、注入モデルの解明を進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
電子分光測定と電気測定をin-situ条件下で実現するための、サンプルホルダー等の改造を予定していたが、設計を進めたところ、装置上の問題があることが判明した。問題に対処して設計変更を重ね、平成25年度中に設計自体は終了したが、発注するには至らなかったため次年度に繰り越した。
設計は終了しているので、平成26年度の前半に発注して必要部品を購入し作成を進めるとともに、調整作業のペースをあげて、研究に遅れがでないように対応する。
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[Journal Article] Influence of the direction of spontaneous orientation polarization on the charge injection properties of organic light-emitting diodes2013
Author(s)
Yutaka Noguchi, Hyunsoo Lim, Takashi Isoshima, Eisuke Ito, Masahiko Hara, Whee Won Chin, Jin Wook Han, Hiroumi Kinjo, Yusuke Ozawa, Yasuo Nakayama, Hisao Ishii
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 102(20)
Pages: 203306-1~5
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Utilizing Carbon Nanotube Electrodes to Improve Charge Injection and Transport in Bis(trifluoromethyl)-dimethyl-rubrene (fm-rubrene) Ambipolar Single Crystal Transistors2013
Author(s)
Wei Xie, Pradyumna L. Prabhumirashi, Yasuo Nakayama, Kathryn A. McGarry, Michael L. Geier, Yuki Uragami, Kazuhiko Mase, Christopher J. Douglas, Hisao Ishii, Mark C. Hersam, C. Daniel Frisbie
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Journal Title
ACS Nano
Volume: 7(11)
Pages: 10245-10256
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Influence of the direction of spontaneous orientation polarization on the charge injection properties of organic light-emitting diodes
Author(s)
Yutaka Noguchi, Hyunsoo Lim, Takashi Isoshima, Eisuke Ito, Masahiko Hara, Whee Won Chin, Jin Wook Han, Hiroumi Kinjo, Yusuke Ozawa, Yasuo Nakayama, and Hisao Ishii
Organizer
12th European Conference on Molecular Electronics (ECME2013)
Place of Presentation
Imperial College, London、英国
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