2014 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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| 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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| Outline of Annual Research Achievements |
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、トラップエネルギーの評価も実現するために発展させるものである。２年目である平成２６年度は、初年度に拡張したＥＦＩＳＨＧ測定系を用いて、有機ＥＬ素子（IZO/a-NPD/Alq3/Al構造）を作製してＥＬ発光中にトラップキャリアが発生する過程および、トラップしたキャリアのエネルギー深さの評価を行った。これにより、ＥＬ発光中にa-NPD/Alq3界面に正孔が蓄積することはこれまでの研究で我々が明らかにしていたが、蓄積したホールはΔE=0.1 eVオーダーの見かけのエネルギー深さにトラップされており、-100℃以下に冷却すると外部回路を短絡しても凍結されたままで脱トラップせず、トラップキャリアがa-NPD層およびAlq3層に空間電荷を発生したままの状態となることを今回初めて実証した。このことから、熱刺激の方法で一定速度（5K/min）の昇温でトラップキャリアを解放する過程をＥＦＩＳＨＧ法により直接評価し、トラップエネルギー深さの評価を実現した。また、トラップキャリアの素子面内での空間的な分布を可視化できる評価系へ拡張するために顕微光学系を組み込み、ＥＦＩＳＨＧ画像の撮影から蓄積キャリアの分布を直接可視化する手法を実現した（評価範囲: 直径1 mm，分解能＜100 μm）。これにより、ｎ型有機半導体であるフラーレンとポリイミドの２層構造からなる電子蓄積型の素子では、作製直後には素子面内で均一に電界が形成していることに対し、絶縁破壊の直前までに100 μm程度の領域で顕著に電子の蓄積が増大し、その後実際の絶縁破壊に至るというプロセスを実験から明らかにすることができた。本手法の分解能は高倍率の対物レンズを用いることでさらに向上可能である。
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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。
２年目である平成２６年度は、前年までに拡張したＥＦＩＳＨＧ光学系を用いて、トラップキャリアのエネルギー深さの評価を実施し、有機EL素子（IZO/a-NPD/Alq3/Al）がＥＬ発光するためにa-NPD/Alq3界面に蓄積する正孔のエネルギー深さの直接評価を初めて実現した。計画に従い、さらに本手法に顕微光学技術を組み込むことで素子面内のキャリア蓄積を画像として撮影できるよう拡張を行った。これにより、高感度CCDおよび対物レンズの組み合わせで10 sの撮影時間でキャリア分布の連続撮影を実現した。また、本手法で評価可能な界面トラップ準位密度として、当初目標とした10^12 /cm2のトラップキャリア電荷密度を現在の評価系（ナノ秒レーザーを使用）で実現した。ＥＦＩＳＨＧ光はレーザーのパルス幅に反比例して検出精度を向上できるため、フェムト秒レーザーなどの短パルスレーザーを用いた場合の検出精度向上を検討できる段階にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に従い、トラップエネルギー準位の評価および顕微光学系の導入によりトラップキャリアのイメージングを可能としたＥＦＩＳＨＧ評価系を用いて有機ＥＬのトラップキャリアの評価を進める。これにより、有機ＥＬ輝度劣化現象としてｎ乗則に従う輝度劣化とＥｘｐ型の輝度劣化を初年度に確立したフィルタリング法により峻別した上で、ＥＦＩＳＨＧ法により直接可視化したトラップキャリア挙動との関係を明確化して議論する。
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