2016 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), 准教授 (00324814)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 正彦 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90403170)
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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3項目に関して有機発光素子の作製及び解析を行なった。
○フルオレン系高分子半導体材料を用いたヘテロ構造型素子の発光機能の向上とキャリア挙動の検討：アモルファス高分子薄膜のヘテロ構造化による有機EL素子と高分子結晶相薄膜のヘテロ構造化による有機発光トランジスタからの発光スペクトルや発光パターン等の発光特性の違いを検証した。通常のスピンコート法と薄膜転写プロセスにて作製したある種の積層型フルオレン系高分子ＥＬ素子の発光特性比較から、励起子が生成される界面部分からsolid state solvation effectによる発光が得られ、界面での電荷キャリアの蓄積や再結合に関する知見を得られた。薄膜転写プロセスにて作製したヘテロ構造有機トランジスタ素子の上層の膜厚を変化させた素子からのＥＬスペクトルは、シミュレーションから得られた結果と良い一致を示し、薄膜転写による積層結晶性薄膜形成の有利性を示すことができた。また、へテロ構造素子からは、積層界面近傍でホールと電子が再結合し、上層から下層へ効率的なエネルギー移動が生じていることが示唆された。
○有機発光トランジスタの外部量子効率改善の検討:高機能化に向けて、外部量子効率向上が課題の1つである。有機半導体層の加熱に伴う凝集状態の変化に着目して高分子半導体に燐光材料をドープした有機発光トランジスタ構造を検討し、三重項励起子を利用することで外部量子効率が改善した。
○ ドナー・アクセプタ型フルオレン系高分子を用いた有機発光トランジスタの移動度と発光特性改善:自己組織化により高い電荷輸送特性を示すことが期待されるドナー・アクセプタ型高分子を用いて高分子発光トランジスタにおける活性層の分子凝集状態の異なりによる電荷輸送と発光特性への影響の検討を行い、高い伝導性と発光性の両立の可能性があることを見出した。
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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
積層有機発光トランジスタにおいて面状発光を得るには正孔と電子のチャネルを分離する必要があり、発光強度を改善するためには、活性層の移動度の改善が必要不可欠である。ボトムコンタクト・トップゲート型素子を作製し、ポリアルキルフルオレン系高分子を配向させた高分子結晶性薄膜を用いた有機発光トランジスタにて、電子と正孔移動度とも約0.01 cm2/Vsを示した。適切なドナー・アクセプタ型フルオレン系高分子を発光トランジスタの活性層に用いることで、約.0.1 cm2/Vsの正孔移動度が得られ、それに伴い発光強度の改善が可能であることが示された。高分子材料である利点を活かし、必ずしも結晶性の高い状態を利用せず、電気光学特性の改善が可能であることを明らかにした。
フレキシブル・プリンテッド発光素子を有機発光トランジスタで実現するためには、150℃以下の低温でかつ印刷プロセスにて作製する必要がある。XRD測定から150℃以下で明確なピークが確認されたフルオレン系高分子薄膜を用いることで、150℃以下の低温でかつ印刷プロセスにて有機発光トランジスタが作製でき、発光効率も従来の素子とほぼ同一である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28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を確立する。特にトランジスタ構造におけるドーパントとヘテロ界面層間のエネルギー移動過程の検討を行う。
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。有機分子の有する自己組織化能を利用して有機/有機層界面へのドーパントの有機層中への拡散制御し、有機トランジスタに光機能を付加する。フェルスターやデクスターのエネルギー遷移過程を用いた機構やキャリアトラップ機構を利用した種々のドーパントを積層構造界面にドープして、発光トランジスタの伝導と過渡発光特性評価も含めた発光特性へ与える影響を調べる。この知見を元に発光色可変と発光効率改善を行う。さらに、作製した積層薄膜のPL寿命、絶対PL量子収率測定・ＰＬ測定等の光学測定からヘテロ界面層に閉じ込められた励起子ダイナミクスやエネルギー移動過程を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
凝集を起こしやすい研究試薬の使用期限があるため、実験内容の日程に合わせて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 |
最終年度に予定している試薬の購入費と論文投稿料として使用することを予定している。
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