2014 Fiscal Year Annual Research Report
界面工学に基づく積層型有機発光トランジスタのキャリア輸送と面発光に関する基礎研究
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26289087
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
梶井 博武 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00324814)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / 電子デバイス / 有機導体 / 分子性固体 / 光物性 / 面状発光トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に下記の2項目に関して有機発光トランジスタ素子の作製及び解析を行なった。
○ 結晶性薄膜の界面物性と発光特性との相関
有機材料では、加熱プロセスによる自己組織化能を利用することで、材料の物性値のみならず、デバイス構造も考慮し界面構造を制御することが、本来有する材料の特性を引き出すデバイス作製の上でのキーポイントとなる。適切な絶縁膜を選択し、代表的なドナーアクセプタ高分子であるフルオレン系高分子poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)[F8BT]を用いた有機発光トランジスタ素子を作製し、電子移動度がある特定の熱処理温度領域においてその他の熱処理温度の約10倍となることを見出した。この要因を調べるために原子間力顕微鏡観察を行ったところ、グレインサイズが増大し、熱処理温度の異なるF8BT薄膜のX線回折測定から、三次元的に適切な分子鎖の重なりが電子移動度向上に寄与していることが判明した。また、電子の移動度が高い中間相では、結晶粒界における電子トラップ密度の減少により、高い最大外部量子効率が得られることが示唆された。
○ 積層薄膜作製手法の検討と界面物性評価
従来の手法として分子構造の異なりによる可溶性溶媒の異なりを利用して積層構造を作製するだけでなく、種々の界面形成を行うことを目的に、分子間の弱い結合性である特徴を利用して熱転写法による有機層の貼り合わせにより種々の積層薄膜の作製を試みた。それによりエネルギー準位の異なる共役高分子を用いて積層構造の形成を行った。結晶性高分子薄膜を用いて電気励起された励起子から生じるデバイス特性評価と光励起された励起子によるPL測定等の光学特性評価を通して、結晶性有機薄膜中での面発光に必要な界面形成技術を検討し、実際にソース・ドレイン間で面状発光する有機トランジスタの作製に成功した。
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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
エネルギーバンドギャップの異なるフルオレン系共役高分子を用いて、積層構造の有機発光トランジスタの作製を試みており、熱転写法により積層薄膜の上層を作製するプロセスを確立したことで、比較的に発光面が均一な面状発光デバイスを実現した。また、印刷プロセスで面状発光トランジスタが作製可能であることを初めて明らかにした。この結果から積層構造の両極性を有する両界面に形成されたp-チャネルとn-チャネルの２つのチャネル内で、同時にそれぞれ正孔と電子が各層に伝導する系が可能であることを実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度の研究を更に推し進め、電気光学特性評価を通して、電荷輸送機構や電荷再結合・電荷乖離・励起子失活・励起子拡散過程を明らかにし、結晶性有機薄膜中での面発光に必要な界面形成技術とその評価法の確立を目指し、検討を行う。単層と積層のMIS構造素子を過渡特性評価により解析し、界面での電荷キャリアの蓄積に関する知見を得る。また、下記の研究についても検討を行う。
○ 積層構造素子における有機/絶縁膜界面と発光特性の相関:単層構造素子に関しては、絶縁膜の有する官能基や誘電率の異なりにより、正孔や電子のキャリア伝導が大きく影響し、正孔移動度と電子移動度が絶縁膜により変化する。積層構造の場合、絶縁膜に接する有機層膜と接しない有機層膜では、キャリア伝導に与える影響が異なることが考えられる。種々の異なる誘電率を有する絶縁膜を用いて、積層構造素子における有機/絶縁膜界面のキャリア伝導に与える影響を調べ、更に発光特性とキャリアバランスの関連性を明らかにする。
○ 電極-有機薄膜界面における電荷注入・励起子失活と発光特性の相関: ITOやナノワイヤ材料をソース・ドレイン電極に用いた発光トランジスタを作製し、ゲート電圧変化に対するドレイン電流・EL発光強度の変化、EL発光の量子効率の依存性や発光位置の光学観察を組み合わせて電極/有機層薄膜近傍での励起子失活の影響を明らかにする。
○ 薄膜配向制御した積層有機薄膜による素子の移動度と発光特性の相関: ソース・ドレイン電極に対して垂直と水平方向に配向した単層と積層薄膜から作製した素子を用いることで、移動度変化と発光特性の関連性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初予定より、設計変更に伴い備品の納入時期が遅くなり、さらに3月に研究室の学内での移転が生じたため、購入予定物品の購入を次年度に行うことになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に予定している薄膜形成の実験回数を増やすために、必要な消耗品である試薬や電子光学物品の購入経費として使用することを予定している。また、関連する国際会議での申請段階では予定に入っていなかった次年度の出張への旅費として使用することも考えている。
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