2013 Fiscal Year Annual Research Report
光ＥＦＩＳＨＧ法による積層有機ＥＬの界面トラップキャリア分布とＥＬ輝度劣化の研究
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25709022
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田口 大 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (00531873)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 解析・評価 / 電子・電気材料 / 誘電体物性 / 電子デバイス・機器 / 長寿命化 / 界面 / 分極 / 絶縁体物性 |
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| Research Abstract |
本課題では、研究代表者が世界に先駆けて実現したＥＦＩＳＨＧ測定による積層型有機ＥＬ素子のキャリア挙動の直接評価系を拡張し、トラップエネルギの評価も実現するために発展させるものである。初年度である平成２５年度は、ＥＦＩＳＨＧ測定系にトラップフィリング用のレーザー光源を導入し、ＥＦＩＳＨＧ法により界面トラップ準位のエネルギ空間構造についても評価できるよう拡張を行った。また、熱刺激法による励起法でも実験可能とする拡張も行うことができた。現段階でもＥＬ素子面内の固定点でのキャリア挙動評価が実現されており、ＥＦＩＳＨＧ法を用いてトラップ挙動と素子寿命の関連を探るため、２層積層型(IZO/a-NPD/Alq3/Al)有機ＥＬ素子の評価を行い、高電圧印加により積層膜界面に長い時間（>10 s）トラップされるキャリアが発生することを初めて明確化した。また、このとき短絡絶縁破壊の前駆現象として生じるキャリア蓄積の不安定化をＥＦＩＳＨＧ法により実験でとらえることにも成功し、学会発表・雑誌論文により成果報告した。さらに有機ＥＬ素子に用いられる有機材料は自発分極を形成するＡｌｑ３などの極性分子が広く用いられていることを鑑み、強誘電体であるＰ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）を自発分極層としてもつ積層構造素子の評価も行った。一方、従来の評価手法と本手法によるキャリア挙動評価を比較した。すなわち、直接キャリア挙動を評価するＥＦＩＳＨＧ法の解析結果に基づいて、間接的にキャリアを評価しているインピーダンス法や変位電流法により得られる実験データを検討した。これにより、ＥＬ発光・非発光の違いによる変位電流波形への現れ方の違いを明確化して報告した。
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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
本研究の目的は、積層型有機ＥＬの輝度劣化を引き起こすトラップ準位のエネルギ構造を光学的に評価する手法を確立し、その上で、ＥＦＩＳＨＧ法による有機膜積層界面でのトラップキャリア挙動の評価と組み合わせ、有機ＥＬの輝度劣化現象を実空間的なキャリア挙動(発光面内の空間分解能1 micro m)とエネルギ空間での界面トラップ準位密度（検出精度1012/cm2.eV）の両面から分析する、新しい劣化分析手法を実現することである。
初年度である平成２５年度は、本装置にトラップフィリング用のレーザー光源を導入し、ＥＦＩＳＨＧ法により界面トラップ準位のエネルギ空間構造についても評価できるよう評価システムの拡張を行った。トラップフィリング用のレーザー波長は、多くの有機材料が可視光に対応するエネルギ遷移をもつことから、先ず初めに可視光の高エネルギ側と低エネルギ側の波長として405nm及び808nmを選択して評価装置に組み込んだ。そして、最も基本的な有機ＥＬデバイス構造である２層積層膜有機ＥＬデバイスを作製して実際に分析を行った。また、当初計画したとおり、ＥＬ輝度劣化特性をフィルタリング法で解析し、劣化モードの分離を行った。 これにより、電荷注入効率を上げるためにホール注入層を導入した３層構造では、注入層のない２層構造の場合に比較して、劣化n乗則に従う成分が大きくなっていることなどを明らかにした。さらに、トラップ励起方法として当初計画した光励起法に加えて、熱刺激法による励起法でも実験可能とするための光学システム拡張も行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従い、ＥＬ発光デバイス面内の界面トラップ準位の分布をイメージングできるよう、顕微光学系を導入して、ＥＦＩＳＨＧ測定システムの拡張を行う。ＥＦＩＳＨＧシグナル励起に用いるレーザー光の波長限界である1 micro mの分解能を実現し、界面トラップ準位の空間分布をイメージング可能とする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初計画した光励起によるトラップ解放に加えて、熱刺激によるトラップ解放も有効と考えたため、光励起用レーザーの波長を今年度は基本的な２波長までとし、熱刺激測定も可能なように光学系の拡張を行った。
平成２５年度に行った熱刺激測定についての拡張の後、２層積層構造素子について測定を実施したところ、熱刺激測定によるトラップ電荷解放の直接測定をＥＦＩＳＨＧで測定できる見通しを得たことから、温度制御の精密化を行うことで評価システムの解析の高精度化を行うため、平成２６年度分予算とあわせてさらに評価装置の拡張を行う
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