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

• 研究課題/領域番号: 26706012
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 名古屋大学 (2016); 早稲田大学 (2014-2015)
• 研究代表者: 坂上 知 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60615681)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,310千円 (直接経費: 18,700千円、間接経費: 5,610千円); 2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2015年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2014年度: 14,820千円 (直接経費: 11,400千円、間接経費: 3,420千円)
• キーワード: 有機半導体 / レーザー / イオン液体 / 電気化学発光セル / 先端機能デバイス / 電子・電気材料 / 電気化学 / 有機レーザー

研究成果の概要

高分子半導体中でのイオンの自発的な再配列を利用することで、キャリアを組織化する技術を確立し、Light-emitting electrochemical cell (LEC) によるレーザー素子の可能性探索や新たな受光・発光デバイスの開発を行った。電圧印加に対する電流の時間変化を調べ、イオンと電子は異なる過渡応答を示すことを見出した。この発見より電圧印加の時間スケールを制御してイオンと電子を別々に制御する技術を確立し、レーザーへ向けた >1 kA/cm2の大電流注入を実現した。更に、LEC技術を無機半導体へも拡張し、極めて単純な構造の新たな発光・受光素子を開発することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] High Current Injection into Dynamic p-n Homojunction in Polymer Light-Emitting Electrochemical Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Sakanoue, J. Li, Hi. Tanaka, R. Ito, S. Ono, S.-i. Kuroda, and T. Takenobu
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 19 号: 18 ページ: 1606392-1606392
  • DOI: 10.1002/adma.201606392
  • 査読あり
• [雑誌論文] A versatile and simple approach to generate light emission in semiconductors mediated by electric double layers (2017)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Taiyo Fujimoto, Yuki Ohasi, Shota Kimura, Chang-Hsiao Chen, Lain-Jong Li, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controllable Electronic Structures and Photoinduced Processes of Bay-Linked Perylenediimide Dimers and Ferrocene-Linked Triad (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Horinouchi, H. Sakai, Y. Araki, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Wada, N. V. Tkachenko, T. Hasobe
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 21 号: 28 ページ: 9631-9641
  • DOI: 10.1002/chem.201601058
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthetic Control of the Excited-State Dynamics and Circularly Polarized Luminescence of Fluorescent "push-Pull" Tetrathia[9]helicenes (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamamoto, Hayato Sakai, Junpei Yuasa, Yasuyuki Araki, Takehiko Wada, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu, Tsuyoshi Kawai, Taku Hasobe
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 22 号: 12 ページ: 4263-4273
  • DOI: 10.1002/chem.201504048
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controlled Excited-State Dynamics and Enhanced Fluorescence Property of Tetrasulfone[9]helicene by a Simple Synthetic Process (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, Y; Sakai, H ; Yuasa, J ; Araki, Y; Wada, T ; Sakanoue, T ; Takenobu, T ; Kawai, T; Hasobe, T
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 巻: 120 号: 13 ページ: 7421-7427
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b01123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protonation-Induced Red-Coloured Circularly Polarized Luminescence of [5]Carbohelicene Fused by Benzimidazole (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, T. Kubota, J. Yuasa, Y. Araki, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Wada, T. Kawai, T. Hasobe
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem. 巻: 14 号: 28 ページ: 6738-6743
  • DOI: 10.1039/c6ob00937a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photodetection in p-n junctions formed by electrolyte-gated transistors of two-dimensional crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Daichi Kozawa, Jiang Pu, Ryo Shimizu, Shota Kimura, Ming-Hui Chiu, Keiichiro Matsuki, Yoshifumi Wada, Tomo Sakanoue, Yoshihiro Iwasa, Lain-Jong Li, Taishi Takenobu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 109 号: 20 ページ: 201107-201107
  • DOI: 10.1063/1.4967173
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ambipoler light-emitting organic single-crystal transistors with a grating resonator (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Maruyama, Kosuke Sawabe, Tomo Sakanoue, Jinpeng Li, Wataru Takahashi, Shu Hotta, Yoshihiro Iwasa and Taishi Takenobu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 10221-10221
  • DOI: 10.1038/srep10221
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly Fluorescent [7]Carbohelicene Fused by Asymmetric 1,2-Dialkyl-Substituted Quinoxaline for Circularly Porlarized Luminescence and Electroluminescence (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Sakai, S. Shinto, J. Kumar, Y. Araki, T. Sakanoue, T. Takenobu, T. Wada, T. Kawai, T. Hasobe
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 119 号: 24 ページ: 13937-13947
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b03386
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 電解質で有機半導体を光らせる ―電気化学発光セル― (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 84 ページ: 157-158
  • NAID: 130007718697
• [学会発表] DFB共振器を有する高分子LEC (2017)
  • 著者名/発表者名: 張亭午、坂上知、竹延大志
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 電解質を用いた有機発光デバイス (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: 分子研研究会「金属錯体の情報制御と機能連動」
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2017-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Light-emitting Electrochemical Cells towards Future Light Sources; Bright and Low-voltage Operation and Potential Application in Laser Diodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomo Sakanoue, Tingwu Zhang, Ryota Ito, Taishi Takenobu
  • 学会等名: KJF-ICOMEP 2016
  • 発表場所: アクロス福岡
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] LEC:イオンを用いた新しい有機発光デバイス;有機半導体レーザー実現に向けたチャレンジ (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上知、竹延大志
  • 学会等名: 電子情報通信学会・量子エレクトロニクス研究会（LQE）
  • 発表場所: 福井市地域交流プラザ
  • 年月日: 2016-05-19
• [学会発表] 高分子LECによる有機半導体レーザーへの挑戦：サブマイクロ秒パルス駆動による三重項問題の解決 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤瞭太，坂上知，竹延大志
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 電解質を利用した発光素子 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: レーザー学会代497回研究会
  • 発表場所: JR博多シティ
  • 招待講演
• [学会発表] Extremely high current density in organic light-emitting device (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 学会等名: 12th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 国際学会
• [学会発表] LECによる有機半導体レーザーへの取り組み (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂上知，伊藤瞭太，張亭午，竹延大志
  • 学会等名: レーザー学会 第486回研究会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] イオン液体を用いた高性能発光デバイス：LEC (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂上知，米川文広，田中美奈子，竹延大志
  • 学会等名: 日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館 他
  • 年月日: 2015-12-08
• [学会発表] パルスによるLECの高速駆動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 瞭太, 坂上 知, 李 金鵬, 竹延 大志
  • 学会等名: 有機EL討論会第21回例会
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス椎木講堂
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] Electric Double Layer Light-Emitting Diodes of Monolayer WSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Taiyo Fujimoto, Jiang Pu, Jing-Kai Huang, Lain-Jong Li, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 学会等名: 28th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2015)
  • 発表場所: Toyama International Conference Center, Toyama, Japan
  • 年月日: 2015-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Electric Double Layer Light-emitting Diodes of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Taiyo Fujimoto, Jing-Kai Huang, Lain-Jong Li, Goki Eda, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology Open
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 2015-09-22
  • 国際学会
• [学会発表] 単層WSe2における電流励起発光の電場依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 蒲江，Leiqiang Chu，坂上知，Goki Eda，竹延大志
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 電荷・電場変調下における単層WSe2の電流励起発光 (2015)
  • 著者名/発表者名: 蒲江 , Chu Leiqiang, Li Lain-Jong, 坂上知, 江田剛輝, 竹延大志
  • 学会等名: 第49回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] High performance organic light-emitting devices based on light-emitting polymers and ionic liquids (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 学会等名: 15th International Meeting on Information Display (IMID2015)
  • 発表場所: EXCO, Daegu, Korea
  • 年月日: 2015-08-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric double layer light-emitting diodes of monolayer WSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu, Taiyo Fujimoto, Jing-Kai Huang, Lain-Jong Li, Goki Eda, Tomo Sakanoue, Taishi Takenobu
  • 学会等名: The Sixteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • 発表場所: Nagoya University, Aichi, Japan
  • 年月日: 2015-06-29
  • 国際学会
• [学会発表] Electric double layer light-emitting diodes of monolayer WSe2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiang Pu,Taiyo Fujimoto,Jing-Kai Huang,Lain-Jong Li,Goki Eda,Tomo Sakanoue,Taishi Takenobu
  • 学会等名: Sixth Graphene and 2D Materials Satellite Symposium
  • 発表場所: Nagoya University, Aichi, Japan
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] 高輝度青色LEC:電気化学を利用する高性能有機発光デバイス (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂上知，米川文広，田中美奈子，竹延大志
  • 学会等名: 有機EL討論会第20回例会
  • 発表場所: 千葉大学けやき会館
  • 年月日: 2015-06-18
• [学会発表] 有機単結晶発光デバイスの大電流密度駆動と発光制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: 日本学術振興会第142委員会C部会第63回研究会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2015-01-21
  • 招待講演
• [学会発表] High performance organic light-emitting devices based on light-emitting polymers and ionic liquids (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomo Sakanoue
  • 学会等名: EMN Polymer Meeting
  • 発表場所: Orlando, Frorida, USA
  • 年月日: 2015-01-08
  • 招待講演
• [学会発表] 電気化学発光セル（LEC）による有機半導体レーザーの検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: レーザー学会代468回研究会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] イオン液体を用いた青色電気化学発光セルの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] 電気化学発光セルの大電流密度駆動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂上知
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-08
• [産業財産権] 電気化学発光セル及び電気化学発光セルの発光層形成用組成物 (2016)
  • 発明者名: 米川文広、坂上知、竹延大志
  • 権利者名: 日本化学工業株式会社,学校法人早稲田大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-01-27
  • 外国
• [産業財産権] 電気化学発光セル及び電気化学発光セルの発光層形成用組成物 (2014)
  • 発明者名: 米川文広、坂上知、竹延大志
  • 権利者名: 日本化学工業株式会社,学校法人早稲田大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 公開番号: 2015-216095
  • 出願年月日: 2014-09-12
  • 取得年月日: 2015-12-03
• [産業財産権] 電気化学発光セル及び電気化学発光セルの発光層形成用組成物 (2014)
  • 発明者名: 米川文広、坂上知、竹延大志
  • 権利者名: 学校法人早稲田大学、日本化学工業株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-252416
  • 出願年月日: 2014-12-12
• [産業財産権] 電気化学発光セル及び電気化学発光セルの発光層形成用組成物 (2014)
  • 発明者名: 米川文広、坂上知、竹延大志
  • 権利者名: 学校法人早稲田大学、日本化学工業株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-186488
  • 出願年月日: 2014-09-12
• [産業財産権] 電気化学発光セル (2014)
  • 発明者名: 米川文広，坂上知，竹延大志
  • 権利者名: 学校法人早稲田大学、日本化学工業株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-087362
  • 出願年月日: 2014-04-21