| 研究課題/領域番号 |
21H01902
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
吉田 弘幸 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00283664)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | エネルギーバンド構造 / 角度分解低エネルギー逆光電子分光 / 電子－フォノン相互作用 / 部分ポーラロン / 電子輸送 / 移動度 / 有機半導体 / 伝導帯 / 低エネルギー逆光電子分光法 / ポーラロン / 超原子分子軌道 / 電子伝導 / 電子-フォノン相互作用 / 電子移動度 / 伝導帯バンド構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機半導体の大きな課題は、ホール伝導(p型特性)に比べて電子伝導(n型特性)が極めて低いことである。有機半導体の伝導機構を決定するのは、エネルギーバンド構造と電子-フォノン相互作用である。ホール伝導に関わるHOMO準位については光電子分光法により調べられてきたが、電子伝導に関わるLUMO準位については研究が皆無である。本研究は、代表者が10年にわたって開発してきた角度分解低エネルギー逆光電子分光法により、電子伝導にかかわるLUMO準位のバンド構造と電子-フォノン相互作用を解明する。電子伝導の基本原理を明らかにすることで、有機半導体のn型特性向上への革新的ブレークスルーとなる。
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| 研究成果の概要 |
有機半導体は、軽量、フレキシブルなどの特徴をもつ次世代半導体である。半導体では、電荷（正孔・電子）が動くことで機能を発現する。この電荷の挙動理解に不可欠な最も基本的な情報は、エネルギーバンド構造（エネルギーと運動量の関係）である。有機半導体の電子伝導機構は謎が多く、解明が待たれている。
正孔輸送に関わる価電子帯バンド構造は1990年代から測定されてきた。これに対して、電子輸送に関わる伝導帯バンド構造については実験手法さえなかった。本研究は、角度分解低エネルギー逆光電子分光法を確立し、有機半導体の伝導帯バンド構造の観測を可能にした。これは有機半導体の電子伝導機構の解明への大きな一歩である。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
有機半導体の伝導帯バンド構造の測定方法を確立し、これを基に実験的な証拠がなかった高移動度有機半導体で準粒子ポーラロンが生成していることを初めて実証した。さらに新たな理論「部分ポーラロン」モデルを提案した。
有機半導体では、正孔に比べ電子の移動度が低いことが知られているが、原因は明らかでない。代表的な有機半導体であるペンタセンについて、実験・理論による解析により電子－フォノン相互作用がその起源であることを明らかにした。この結果は、これまで不明であった有機半導体の電子輸送機構の解明に先鞭をつけ、高性能ｎ型（電子輸送型）有機半導体の開発への道筋をつける。
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