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本研究では、申請者が開発した変調有機分子線散乱装置を駆使して有機薄膜成長の動的過程を追及し、さらに基板および有機膜表面の分子吸着を利用して新しい有機結晶成長制御法を確立することを目的として研究を行った。平成12年度に得られた結果は以下のとおりである。
1.分子の表面滞在時間の測定による分子・基板相互作用の定量的測定
H_2Pc、C_<60>のパルス分子線を様々な無機基板に照射し、散乱される分子の時間分布を測定した。その結果、滞在時間には顕著な分子と基板物質依存性があることが明らかになった。基板物質依存性はイオン結晶性絶縁物>金属>アモルファスのようになっており、分子と基板の相互作用を反映しているものと考えられる。特にアモルファス表面上で滞在時間が小さくなっている理由は分子の電荷分布と基板の電荷分布の整合が影響する、いわゆる量子摩擦に関係している可能性がある。
2.分子の滞在時間を決める因子の実験的検討
装置の幾何学的構成をin-situで変化させる機構を開発し、様々な測定を行った。その結果、分子の表面上での拡散距離が滞在時間に影響していることがわかった。これは、大きな分子は特定の吸着サイトにとどまってから脱離するのではなく、表面を拡散していくうちにステップなど分子・基板相互作用が弱くなる特定の脱離サイトにぶつかってから脱離する過程が滞在時間を支配していることを示唆している。
Alq3は電界発光素子などに多用される分子であるが、その異性体についてはわかっていなかった。アルカリハライド(001)表面上にAlq3を超薄膜成長させることにより初めてエピタキシャル成長に成功した。高感度電子線回折により特異な3倍周期構造を見出し、その詳細な解析によりmer異性体の薄膜ができていることがわかった。この系は緻密な単分子層形成後に針状結晶が形成されるため、結晶成長制御の観察には適した系である。変調分子線との組み合わせた実験に期待が持たれる。
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