無金属フタロシアニン有機電界発光素子のNO_2ガス応答特性に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750295
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 新保 一成 新潟大学, 工学部, 助教授 (80272855)
• キーワード: フタロシアニン / 有機電界発光 / NO_2ガス / 開放端電圧 / センサ

研究概要

無金属フタロシアニン(H_2Pc)を発光層とする有機電界発光素子を作製し、NO_2ガス吸着に伴う電気特性、発光特性の変化について調べた。素子構造は、ITO下部電極/H_2Pc/Al上部電極とした。Al上部電極は、斜方蒸着により作製することで多孔質の構造となり、ここをNO_2ガスが透過することで素子のガス応答が観測された。電導電流においては、可逆的なNO_2、ガスの吸着による増加と脱着による減少が観察された。これは、H_2Pcから電子を受容した吸着NO_2ガスにより空乏層幅が小さくなることや、ガス吸着により生じる準位の寄与などにより、H_2PcとAl界面の影響が小さくなること、さらにガス吸着により発生する正孔による抵抗率の低下等のため、電流が流れやすくなることが原因と考えられた。また、電流電圧特性よりNO_2ガス中の素子においてプールフレンケル伝導が支配的と考えられたが、真空中ではショットキー伝導に近くなるという実験結果が得られた。これは、NO_2ガスが吸着していない真空中では、印加電界が空乏層に集中してプールフレンケル伝導を示すH_2Pc層にかかる電界が小さくなったことによると考えられた。また、真空中、NO_2ガス中共にH_2Pc層からのEL発光が観測されたが、ガス流入による電流値の増加と共に素子のEL強度は増大した。さらに、電流値一定として比較した場合、ガス中において真空中よりもEL強度が大きくなった。これは、電極からのキャリヤ注入や発光プロセスの変化が生じるなどのことによると考えられた。さらに、NO_2ガス吸着によりITO電極を正側とする開放端電圧と短絡電流の発生も観測された。これは、ガス吸着によりH_2PcとAl界面の空乏層付近で発生した正孔が内蔵電界に沿って素子中をITO電極側へ移動することに基づくと推察された。

研究成果

• [文献書誌] Kazurari.Shinbo: "Electrical and Luminescent Properties Due to Gas Adsorption In Electroluminescent Device of Metal-Free Phthalocyanine"Colloid and Surface A : Physicochemical and Engineering Aspects. 198-200. 905-909 (2002)
• [文献書誌] Kazurari.Shinbo: "Nano-Structure of a Cathode Buffer-Layer and Luminescent Properties of Organic Electroluminescent Device"3rd International Conference on Electroluminescence of Molecular materials and Related Phenomena. P-48. (2001)
• [文献書誌] 坂井栄吾: "有機EL素子の有機層-金属電極界面のナノ構造制御と発光特性"平成13年度電子情報通信学会信越支部大会. L8. 257-258 (2001)
• [文献書誌] 鈴木慶介: "積層型有機EL素子の電気的特性における正孔輸送層へのC60挿入効果"平成13年度電子情報通信学会信越支部大会. L10. 261-262 (2001)
• [文献書誌] 坂井栄吾: "有機EL素子の金属電極界面のナノ構造制御と発光特性"平成13年度電子情報通信学会有機エレクトロニクス研究会. OME2001-95. 1-6 (2001)
• [文献書誌] Kazurari.Shinbo: "Nano-Structure Control of Cathode Buffer-layers and Luminescent Properties of Organic Electroluminescent Device"Material Research Society, Fall Meeting 2001. BB3.26. 541 (2001)