有機デバイス関連界面の解明と制御

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14GS0213
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 関 一彦 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 教授 (80124220)
• 研究分担者: 上野 信雄 千葉大学, 工学部, 教授 (40111413) ; 金井 要 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10345845) ; 大内 幸雄 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60194081) ; 森川 良忠 産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 主任研究員 ; 石井 久夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (60232237)
• キーワード: 超薄膜 / 有機電子デバイス / 表面・界面物性 / 有機半導体 / 電界発光素子 / 光電子分光 / 有機太陽電池 / 界面電子構造

研究概要

有機物質が金属その他の固体と作る界面について、次の研究成果を得た。
(A)基板固体との接触面直近:有機/金属界面に形成される電気二重層の成因が良く解明されていない、飽和炭化水素/金属界面の第一原理計算を行った。この結果、(1)二重層の大きさの金属の仕事関数への依存性、(2)CH伸縮振動のソフト化、を再現する結果を得て、物理的意味を解析中である。また、電子注入などの理解のため、黒鉛表面上に良く規定されたフタロシアニン類単分子膜を成長させ、紫外光電子分光(UPS)で測定した。最高占有準位(HOMO)ピークが室温で幅150-170meVの複数成分で構成されることを見出した。またPTCDA多分子層の角度分解UPS測定から、HOMO間相互作用によるバンド分散が測定できた。さらに低温での詳細測定を行う体制を整えつつある。
(B)接触面から離れた所までの影響:電界効果トランジスタでのドーピングに関連し、C_<60>/絶縁体界面への電荷蓄積で中性C_<60>分子が減少するのを内部多重反射赤外分光(MIR-IRAS)で見出した。また、変位電流測定より、電荷蓄積は電極からの注入と強く相関するのを示した。また、C_<60>/金属間では電気平衡が成立するものの、フェルミ準位位置は不純物で決められるのが分かった。さらに、巨大表面電位が形成されるAlq_3薄膜の電位保持時間を調べ、デバイス応用に問題ない長寿命であることを示した。
(C)膜形成:長鎖アルカン分子のCu(100)(110)面上での成長モードを低速電子線回折、赤外分光で詳細に追跡したほか、誘電体基板(SiO_2)上での極性分子(nCB)の配列を、分子動力学法(MD)と光第二次高調波発生法(SHG)を用いて調べた。親水基板ではCN基を基板側に向け、乾燥基板ではCN基が基板と反対側を向く極性配列構造を取る事が分かった。対応する結果がMD計算でもサポートされた。

研究成果

• [文献書誌] N.Hayashi, H.Ishii, Y.Ouchi, K.Seki: "Examination of Band Bending at Buckminsterfullerene C_<60>./metal Interfaces by the Kelvin Probe Method"J.Appl.Phys.. 92(7). 3784-3793 (2002)
• [文献書誌] E.Ito, Y.Washizu, N.Hayashi, H.Ishii, N, Matsuie, K.Tsuboi, Y.Ouchi, Y.Harima, K.Yamashita, K.Seki: "Spontaneous Buildup of Giant Surface Potential by Vacuum Deposition of Alq_3 and Its Removal by Visible Light Irradiation"J.Appl.Phys.. 92(12). 7306-7310 (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. 93-98 (2002)
• [文献書誌] Y.Hosoi, Y.Sakurai, M.Yamamoto, H.Ishii, Y.Ouchi, K.Seki: "Structure of a film of the long-chain n-alkane n-C_<44>H_<90> on a Cu(100) surface"Surf.Sci.. 515. 157-174 (2002)
• [文献書誌] K.Tsuboi, K.Seki, Y.Ouchi, K.Fujita, K.Kajikawa: "Formation of Merocyanine Self-Assembled Monolayer and Its Nonlinear Optical Properties Probed by Second-Harmonic Generation and Surface Plasmon Resonance"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 607-613 (2003)
• [文献書誌] 石井久夫, 林直樹, 伊藤英輔, 関一彦: "有機エレクトロニクス素子の薄膜・界面における帯電・分極現象"静電気学会誌. 27(2)(in press). (2003)
• [文献書誌] H.Ishii, K.Seki, N.Ueno, K.Okudaira, S.Hasegawa, Y.Azuma, S.Kera: "Conjugated Polymer & Molecular Interfaces : Science & Technology for Photonic & Optoelectronic Applications"Marcel Dekker Inc.. 866 (2002)