有機半導体におけるバリスティック伝導の顕在化と分子的制御
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19K21966
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
鵜沼 毅也 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20456693)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | 共役ポリマー / テラヘルツ / 光物性 / 有機導体 / テラヘルツ/赤外材料・素子 |
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| Outline of Research at the Start |
有機半導体において，電子の加速運動が妨げられずに続く現象（バリスティック伝導）を顕在化させ，有機デバイスの高速化へ向けてこの現象を制御することを目指す。従来，整然とした結晶構造を持たない有機薄膜中でバリスティック伝導を観測することは困難であると考えられてきた。本研究では，高分子の主鎖構造や低分子の結晶ドメインに内在する伝導経路に着目し，超短光パルス技術を利用してバリスティック伝導の顕在化と分子的制御に挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に構築したテラヘルツ放射分光測定装置の検出強度や検出周波数範囲を最適化し，試作済みの有機半導体薄膜の測定に着手した。比較のために，バリスティック伝導がすでに観測されている無機半導体のGaAs結晶にも同一の表面電極加工と面内印加電圧を適用し，測定を行った。その結果，試料への面内印加電場（面内印加電圧を電極間隔で割った量）を高める必要があることが判明した。測定においては，電極の間に光パルスを集中させて照射するため，電極間隔が狭すぎると有機半導体薄膜を損傷させてしまうという問題が生じる。そこで，測定系に電圧アンプを導入しつつ，薄膜試料の面内に一桁以上高い電圧を安全に印加できるような改良を行った。
また，伝導経路をもつ有機分子を異なる有機ナノ母体材料で保護することによるバリスティック伝導顕在化の可能性についても，昨年度の結果を踏まえてさらに検討を進めた。長い時間スケールでの導電性がよく知られている共役ポリマーのPEDOT:PSSを母体材料のセルロースナノクリスタルに分散させた有機薄膜を作製し，テラヘルツ透過分光で非接触にキャリアの伝導特性を評価したところ，キャリアはPEDOT:PSSにおける元の性質をそのまま引き継いだ状態で母体材料に包まれていることが分かった。今後，PEDOT:PSSの代わりに同種の主鎖をもつ未ドープの共役ポリマーをナノセルロースと組み合わせれば，光パルス照射でキャリアを作りバリスティック伝導させるための薄膜試料へ発展させることができる。
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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
テラヘルツ放射分光測定装置の最適化を予定通り進め，有機半導体薄膜の測定に着手して解決すべき問題の一つを明らかにすることができた。また，薄膜試料中の伝導経路形成に関して新たな可能性を見出すことができた。挑戦的研究として，試行錯誤を積極的に行いながらバリスティック伝導現象の顕在化と制御の要素を整理することがコロナ禍でも順調に進展しており，目的の達成に向けて全体的に次年度の計画へスムーズにつながる状態にあると評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度と本年度に整理したバリスティック伝導現象の顕在化と制御の要素を重点的に調べ，その結果を有機半導体薄膜試料の作製段階に繰り返しフィードバックしながら，テラヘルツ放射分光およびデータ解析を進めていく。次年度は最終年度にあたるので，三年間の研究成果を体系的にまとめることを念頭に置きつつ，複数の要素を並行して効率的に実施する。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
