2014 Fiscal Year Annual Research Report
キャリアの自発組織化による超高性能有機半導体デバイス開発
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26706012
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
坂上 知 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60615681)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学発光セル / 有機半導体 / イオン液体 / 有機レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電流注入型有機レーザーの実現を目指して、高分子電気化学発光セル（LEC）の研究開発を実施した。特に、高分子材料およびイオン液体の探索と、共振器構造を導入したLECの実現を目指して研究を行った。電流励起レーザーを実現するにより適した発光性高分子の探索を行った結果、新たなポリフルオレン系の青色発光材料が非常に低い光増幅しきい値を有していることを見出した。またイオン液体に関しても、新たなホスホニウム系イオン液体が非常に多くの発光性高分子と高い相溶性を示すことを見出した。また基板に分布帰還型（Distributed feedback：DFB）の共振器構造を電子ビームリソグラフィーによって作製し、その上に発光層となるイオン液体と発光性ポリマーの混合薄膜を塗布、その上に電極を作製することで、共振器構造を有したLECの作製を試みた。電流励起発光スペクトルは、共振器の構造に起因して先鋭化されることを確認した。また、窒素ガスレーザーによって強励起をした際には、レーザー発振も実現できたことから、LECに共振器を導入して電流励起レーザーを目指す手法は極めて有望なアプローチであると言える。一方で、共振器構造を導入したLECへの>1 kA/cm2の大電流密度駆動には未だ課題が残り、10 A/cm2程度の低電流密度しか実現が出来ていない。原因は未だ不明な点も多いが、共振器を導入するデバイスの構造に起因して電荷注入が困難になっている可能性が考えられる。
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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
材料探索については非常に優れた高分子とイオン液体を見出すことに成功した。特にイオン液体に関しては、これまでに検討されていなかった新たな材料が、非常に優れた相溶性を示すことが分かり、LECとしては世界でも最も高輝度・高効率の青色発光デバイスの作製に成功をした。また、それまで使用していた発光性高分子F8T2よりも低い光増幅しきい値を有する発光性高分子を見いだせたことは、レーザーを目指す上では極めて重要な発見であった。一方で共振器構造の導入には課題が残る。DFB構造を導入したLECの作製には成功したものの、デバイスは効率よい電荷注入が実現できていないため、発光には高電圧の印加が必要であった。研究開始当初は、デバイスの作製手法のわずかな違いが性能に影響を及ぼすとは考えていなかったが、この点は今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
新しい発光性高分子を用いてLECを作製し、光増幅のしきい値を超える大電流密度注入を実現する。そのデバイスに対して、DFB構造をいかに付与していくか、様々な手法を検討していく。現在までの知見として、発光層の上に電極を作製すると、有機材料がダメージを受けている可能性が考えられる。特に、イオン液体を含んだ高分子薄膜は、通常の高分子薄膜よりもソフトであり、その上に電極を作製した際には急峻な有機／電極界面が得にくかった可能性が考えられる。そこで、電極を先に形成したボトムコンタクト型の構造にDFBを導入していくことを検討する。また、新たな課題として、非発光性の三重項励起子が、発光性の一重項励起子をクエンチしている可能性を示唆する結果を得た。このため、三重項励起子がレーザー発振に対しておよぼしている影響を詳細に調べるとともに、その解決法を材料からデバイス駆動方法まで幅広く検討を行っていく。
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| Causes of Carryover |
三重項励起子問題という新たな問題が判明したために、次年度にそのための物品を購入するために繰越を行った。そのために当初購入予定だったグローブボックスは購入をあきらめ、真空プローバーに変更して対応を行った。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
LEC発光層の光物性を詳細に調べるために、繰越予算と合わせてクライオスタットと励起用レーザーの購入を行う。
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