高度に配向を規定した有機積層膜の電子状態と価電子帯スペクトル構造の真の原因

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750004
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 解良 聡 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (10334202)
• キーワード: 紫外光電子分光法 / 有機金属界面 / 電子状態 / 分子配向 / フタロシアニン / 高分解能エネルギー損失分光法 / 低速電子線透過法 / 有機薄膜

研究概要

有機分子性固体における基礎物性の正しい理解を目的として、種々の評価手法により有機・無機界面に特有な「電子構造」・「界面反応」について研究を行った。本年度は電子状態の高分解能測定を目指して、高分解能紫外光電子分光装置の開発を行った。超高真空排気システムが完成し、295Kで装置分解能60meVを達成するに至っている。
本装置を用いて、高度に配向を規定した銅フタロシアニン有機超薄膜を作成したところ、過去に報告例のない極めてシャープな価電子帯バンドを検出することに成功した。配向決定は表面敏感なメタステーブル原子電子分光法によって行った。この結果は有機分子性固体において観測される光電子スペクトル構造の線幅の起源について、規定の概念を越えた新たな議論展開の幕開けを意味するほどのものであり非常に興味深い。また価電子帯準位としては初めて、その線幅から基板と吸着分子間の電荷移動速度の上限を見積もることができた。バンド幅の膜厚依存性の結果から、膜厚の増加と共に線幅の増加および形状の変化とエネルギー位置のシフトを検出した。現在、観測された価電子帯バンド微細構造の起源について検討している段階である。また類似の各種フタロシアニン分子へ展開した結果、分子内双極子の配列方向の違いによる価電子帯バンド構造の変化を捉えることにも成功した。このような分子配向の違いによる、観測されるエネルギー位置の変化を明確に捉えた例は無く、無機界面におけるエネルギーアライメント問題とも関連して興味深い結果である。
また、有機・金属界面における諸現象について、ペリレン誘導体であるPTCDA薄膜とインジウムの系に関して検討した。接触界面における反応を伴った膜構造変化を低速電子線透過法、および高分解能エネルギー損失分光法により検証した。その結果、インジウムとPTCDA分子の反応(反応比1:4)によって、界面で新物質層が形成されることが明らかとなった。この新物質はギャップ準位の形成によって、バンドギャップが大幅に減少するという価電子帯構造の大きな変化を伴っており、今後高分解能紫外光電子分光装置による測定に興味が持たれる。

研究成果

• [文献書誌] T.Nakamura, K.Iwasawa, S.Kera, Y.Azuma, K.K.Okudaira, N.Ueno: "Low-energy molecular exciton in indium/perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride system observed by electronic energy loss spectroscopy"Appl. Surf. Sci.. (in press). (2003)
• [文献書誌] H.Setoyama, S.Kera, K.K.Okudaira, M.Hara, Y.Harada, N.Ueno: "Outermost Surface Reactions of Molecular Thin Films Induced by Metastable-Atom Impacts"Jpn. J. Appl. Phys.. 42. 597-601 (2003)
• [文献書誌] H.Setoyama, S.Kera, T.Murase, M.Imamura, K.Mase, et al.: "Partial ion yield and NEXAFS of 2-(perfluorooctyl)ethanethiol self-assembled monolayer : Comparison with PTFE results"Nuclear Inst. and Methods in Physics Research. B199. 275-279 (2003)
• [文献書誌] H.Yamane, K.Ito, S.Kera, K.K.Okudaira, M.Ueno: "Low-energy electron transmission through organic monolayers : An estimation of the effective monolayer potential by an excess electron interference"J. Appl. Phys.. 92. 5203-5207 (2002)
• [文献書誌] H.Yamane, K.Ito, S.Kera, K.K.Okudaira, N.Ueno: "Low Energy Electron Transmission Study of Indium/(Perylene-3,4,9,10-Tetracarboxylic Dianhydride) System"Jpn. J. Appl. Phys.. 41. 6591-6594 (2002)
• [文献書誌] S.Kera, H.Yamane, I.Sakuragi, K.K.Okudaira, N.Ueno: "Very narrow photoemission bandwidth of the highest occupied state in a copper-phthalocyanine monolayer"Chem. Phys. Lett.. 364. 91-98 (2002)