| 研究課題/領域番号 |
19J01990
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 (2021)
名古屋大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
横倉 聖也 北海道大学, 工学研究院, 助教
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 有機エレクトロニクス / 分極 / 光電変換 / 界面分極 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，有機絶縁体の分極を利用した超高速光情報変換へ応用可能な光電変換素子開発を目指す．まず，2つの電極をI層で絶縁したMISIMセルを用いて，キャリア注入無しで駆動する光電変換を試みる．これによりキャリア注入が不要で，I層の分極変化により駆動する光電変換が初めて実現する．さらに，分極誘起の対象を絶縁体とし，光によって直接I層の分極変化を誘起し電流を得る機構により高速光電変換を目指す．また，近赤外光を吸収する分子及び結晶からなる誘電体を設計，開発し，それらの薄膜の配向制御を行うことで，分極変化によってのみ動作するする光電変換を実現し，光情報通信に応用を目指す
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| 研究実績の概要 |
有機光電変換は，低コスト，光センシングの可変性など多くの利点を持つが，有機半導体は大気中での安定性，キャリア移動度の低さなどの欠点がある．そこで，本研究では，金属（M）/絶縁体（I）/半導体（S）/絶縁体（I）/金属（M）からなるMISIM型光電変換セルを対象に研究を進めた．このセルはS/I/Mの界面をキャリアが通過することなく，純粋な分極電流を誘起できる．
これまで，材料の最適化が検討されているが，本研究では照射する変調光のON時間とOFF時間の比（duty比）をパラメータとし，MISIM型デバイスの光応答性を検討し，実用化に向けた光電変換の高速化・高効率化の指針を得ることを目的とした．0.2～2.0マイクロsの班にで変調光のON時間とOFF時間を独立に変化させることにより，過渡光電流の立ち上がり時間がduty比（D = ON時間/(ON時間＋OFF時間)）によって30％改善されることがわかった．また，1サイクルで発生する電荷キャリアはD = 0.5で最大となり，変調周波数の増加とともに時間平均が徐々に増加することを明らかにした．これらの特徴は，RC回路の簡易的な理論モデルでよく説明できる．
光電変換以外にも，MISIM型デバイスを用いた分極メモリを作製した．このデバイスはバルク分極を起源とする強誘電体とは異なり，I/S界面の界面分極が起源となり分極ヒステリシスを誘発する．よって，分極を持たない常誘電材料を積層し，外部電場を印可するだけで容易に分極メモリ効果が得られる．この素子の分極値はI層の静電容量と相関があり，材料選択により自由に分極値を制御可能だと期待される．分極値の巨大化や分極反転電圧の改善が今後の課題である．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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