有機デバイス関連界面の解明と制御

2003 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: 有機電子デバイス / 有機半導体 / 有機電界発光素子 / 有機電界効果トランジスタ / 有機太陽電池 / 光電子分光 / 界面電子構造 / 表面・界面物性

研究概要

昨年度の諸成果を活かし、本年度は下記の成果を得た。
1.金属や黒鉛等の上に有機物質を堆積した際に界面にできる電気二重層は、電荷注入効率を左右する。無極性分子に関して昨年度開始した理論計算を精密化し、分子の非占有軌道と基板金属電子状態の混成が二重層形成に重要なこと、分子.基板表面距離が二重層の大きさに影響することを見出した。また、昨年度整備した高分解能光電子分光装置を駆使して無極性、極性のフタロシアニン(Pc)類等を試料として測定し、双極子の二重層への寄与、極性分子を挟む有機層と金属との電気平衡等について知見を得た。また、従来測定の困難だった典型的有機半導体の分子間エネルギーバンド分散の実測に成功した。また顕微光電子分光で局所的な電子構造情報を得た。
2.有機デバイスを調べる方法として変位電流法の有用性を調べ、有機電界効果ランジスタ(FET)でのゲート電圧の印加による電荷蓄積では、ソースやドレインからの電荷注入が主要因であるのを見出した。
3.厚膜への種々のドーピングの効果を検討し、チタニルPcでは酸素やアンモニアを雰囲気とすることでP,n^-制御ができること、ペンタセンFETでは酸素ドーピングで正孔注入が容易になることを見出した。さらにテトラチアナフタセンが良い材料のなかったn型ドーパントとして有効であることを見出した。フッ素化銅Pcでの放射線損傷によるドーピングの可能性も検討した。
4.有機電界発光素子の代表的発光材料Alq3が、真空蒸着で強誘電的秩序を取り、これが光で消去される現象について、詳細を二次高調波発、ケルビン法、変位電流法等で追うと共に、物質依存性を調べて機構の解明を進めた。
5.海外で関連主題について活発に研究しているドイツ、スウェーデン等の研究者を招聘し、二度の国際研究集会を開くと共に、成果を研究論文として発表し、国内外に発信した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Morikawa: "Theoretical Study of n-Alkane Adsorption on Metal Surfaces"Phys.Rev.B.. 69, 041403(R). 1-4 (2004)
• [文献書誌] S.Ogawa: "Carrier Injection Characteristics in Organic Field Effect Transistors Studied by Displacement Current Measurement"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1275-L1278 (2003)
• [文献書誌] T.Nakamura: "Low-energy molecular exciton in indium/perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride system observed by electronic energy loss spectroscopy"Appl.Surf.Sci.. 212-213. 515-519 (2003)
• [文献書誌] M.Onoue: "Evidence of anisotropic diffusion of indium atoms on a surface of perylene-3,4,9,10-tetracarboxilicdianhydride/MoS2 system observed by photoelectron emission microscopy (PEEM)."Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1465-L1468 (2003)
• [文献書誌] Y.Sakao: "Formation of DNA self-assembled monolayer on a gold substrate."Mol.Crys.Liq.Crys.. 407. 141-537-146-542 (2003)
• [文献書誌] M.Onoue: "Growth of copper-phthalocyanine thin films on structured SiO2/Si(100) surfaces studied by MEEM and PEEM"Jpn.J.Appl.Phys.. 42, Part 1, No.6A. 3588-3592 (2003)
• [文献書誌] H.Yamane: "Intermolecular energy-band dispersion in PTCDA Multilayers"Phys.Rev.B. 68. 33102-1-33102-4 (2003)
• [文献書誌] T.Munakata: "Microspot photoemission spectrometer based on FS-VUV radiation."Surf.Sci.. 532-535. 1140-1144 (2003)
• [文献書誌] H.Yamane: "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] H.Yamane: "Low-energy electron transmission through organic monolayers : An estimation of the effective monolayer potential by an excess electron interference"J.Appl.Phys.. 92(9). 5203-5207 (2002)
• [文献書誌] S.Kera: "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] N.Hayashi: "Examination of Band Bending at Buckminsterfullerene C60/metal Interfaces by the Kelvin Probe Method"Synth.Met.. 137. 1377-1378 (2003)
• [文献書誌] E.Ito: "Spontaneous Buildup of Giant Surface Potential by the Deposition of Alq3"Synth.Met.. 137. 911-912 (2003)
• [文献書誌] T.Yokoyama: "Energy Level Alignment at Alq3/LiF/Al Interfaces Studied by Electron Spectroscopies : Island Growth of LiF and Size-Dependence of the Electronic Structures"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 3666-3675 (2003)
• [文献書誌] Y.Hosoi: "IRRAS and LEED studies of films of the long chain n-alkane n-C44H90 on Cu(100) and Cu(110)"Appl.Surf.Sci.. 212-213. 441-445 (2003)
• [文献書誌] 解良 聡: "有機薄膜界面の電子状態:現状と課題"応用物理. 72(10). 1260-1267 (2003)
• [文献書誌] 石井 久夫: "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). 79-84 (2003)
• [文献書誌] 岡村 康史: "Si(100)-2×1表面上ナフタレン吸着の赤外吸収分光解析"表面科学. 24(9). 543-549 (2003)
• [文献書誌] 関 一彦: "有機トランジスタの動作性向上技術-材料開発・作製法・素子設計-第4章第2節有機薄膜の界面状態とその評価"技術情報協会. 333(163-189) (2003)
• [文献書誌] 上野 信雄: "表面科学の基礎と応用(分担)"エヌ・ティー・エス(印刷中).