分子結晶におけるステップ構造制御と増幅型光センシングデバイス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550009
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平本 昌宏 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20208854)
• 研究分担者: 横山 正明 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90029281)
• キーワード: 光電流増倍現象 / 分子袋小路 / 分子結晶 / 分子ステップ / キンク構造 / 有機 / 金属界面 / 構造ストラップ / エピ成長

研究概要

申請者は、有機/金属界面に存在する分子サイズの行き止まり構造(構造トラップ)への光生成ホールの蓄積によって、界面に電界が集中し、電極からのトンネリングによる電子注入が誘起されるために起こる10万倍を越える光電流増倍現象を発見した。昨年、行き止まり構造の実体が有機結晶表面に存在する分子ステップ(分子袋小路)であることが明らかになった。
本研究では、まず分子結晶を用いて分子ステップ構造のコントロールを行った。まず、単結晶作製条件を検討した結果、作製時の窒素圧力、温度等の条件で、表面ステップ濃度をコントロールできることが分った。また、条件を厳密に制御すると、全くステップを持たない分子レベルで平坦な表面を持つ単結晶も作製できることが分った。ステップのない単結晶は増倍を示さず、増倍が分子袋小路によって起こっていることを決定的に証明できた。さらに、ステップ中のよりキンク構造がトラップサイトそのものであり、その濃度が増えれば増倍率が急激に増大するという定量的な関係を見出した。分子レベルで平坦な有機単結晶基板に同一の有機分子を基板加熱下エピ成長させてステップ構造を意図的に形成することで、増倍を自由自在に発現させることに成功した。これは分子結晶表面ナノ構造のコントロールを通じた有機デバイス特性の自在な制御の可能性を示した成果である。

研究成果

• [文献書誌] M.Hiramoto: "Metal Nanostructure of Metal/Organic Interface Causing Photocurrent Multiplication Phenomenon"IEICE Transactions on Electronics. E85-C(6). 1253-1255 (2002)
• [文献書誌] G.Matsunobu: "High-speed Multiplication-type Photo detecting Device Using Organic Co-deposited Films"Applied Physics Letters. 81(7). 1321-1322 (2002)
• [文献書誌] M.Hiramoto: "Photocurrent Multiplication in Organic Single Crystals"Applied Physics Letters. 81(8). 1500-1502 (2002)
• [文献書誌] M.Hiramoto: "Influence of Oxygen and Water on Photo-current Multiplication in Organic Semiconductor Films"Japanese Journal of Applied Physics. 42(2A). 672-675 (2003)
• [文献書誌] M.Hiramoto: "Influence of Oxygen on Photocurrent Multiplitcation at Organic/Metal Interface"Japanese Journal of Applied Physics. 42(4B)(in press). (2003)
• [文献書誌] M.Hiramoto: "Recent Research Developments in Applied Physics, 5th issue published by Tronsworld Research Network"Nanostructure of Organic/Metal Interface and Photocurrent Multiplication Phenomenon. 25 (2003)