有機半導体の占有・非占有ギャップ準位の直接計測と電気物性の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04222
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 石井 久夫 千葉大学, 先進科学センター, 教授 (60232237)
• 研究分担者: KRUEGER PETER 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30706362) ; 田中 有弥 千葉大学, 先進科学センター, 助教 (90780065)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 高感度光電子分光 / ギャップ準位 / アーバックテール / テール準位 / IGZO

研究実績の概要

我々の測定では励起光のエネルギー（hν)を掃引して多数のスペクトルを測定するが、試料の状態密度を求めるにはそれらを適切に規格化して光イオン化断面積のhν依存性をキャンセルする必要がある。これまでは，励起光エネルギーの隣接したスペクトル間の共通領域の強度を揃える”overlap法”を用いていた。これに対して，各スペクトルから同一の運動エネルギーの光電子の強度をとりだし，hνの関数としてプロットする"一定終状態 (CFS)法"を適用した規格化も行った。すると，これまでバンドギャップ領域になだらかなテール準位しか見えなかったa-IGZOに対して，エネルギー的に局在化したギャップ準位が存在することを見出した。さらに，同様の実験をGaNやSiなどの無機半導体，C60，TPBiなどの有機薄膜などに適用し，波長掃引型高感度紫外分光から試料の状態密度を有効に得られることを示すことができた。a-IGZOに関しては，Cambrige大学のグループに依頼して，光熱偏向分光（PDS)により高感度吸収スペクトルを測定し，それと我々が測定したHS-UPSから求めた状態密度をもとに，空準位のギャップ準位の状態密度をdeconvolutionプログラムで求めた。その結果，伝導帯の直下に急峻な傾きの空テール準位を見積もることができた。得られた結果は定性的には問題ないが，エネルギーの指数関数となる空テール準位の傾きは定量的に決定することはできなかった。これは，用いた試料が強いｎ型であるため，空テール準位の存在域が狭すぎるためと考えられる。今後，ｐ型試料，真性試料などを試料にして同様の実験を行えば，定量的に空テール準位を決定できるものと予測しており，本プログラム終了後も継続する予定である。この他，絶縁性高分子，有機太陽電池などのモデル薄膜におけるギャップ準位と電気物性の関連を解明するなどの知見も得た。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ワイツマン研究所(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: ワイツマン研究所
• [国際共同研究] アウグスブルグ大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: アウグスブルグ大学
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学
• [雑誌論文] Crystalline versus Amorphous Donor-Acceptor Blends: Influence of Layer Morphology on the Charge-Transfer Density of States (2020)
  • 著者名/発表者名: Theresa Linderl, Thomas Zechel, Alexander Hofmann, Tomoya Sato, Kohei Shimizu, Hisao Ishii, and Wolfgang Bruetting
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 13 ページ: 024061-1~16
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.13.024061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dipolar Doping of Organic Semiconductors to Enhance Carrier Injection (2019)
  • 著者名/発表者名: Hofmann, AJL ; Zufle, S ; Shimizu, K ; Schmid, M ; Wessels, V ; Jager, L ; Altazin, S ; Ikegami, K ; Khan, MR ; Neher, D ; Ishii, H ; Ruhstaller, B; Bruetting, W
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 12 ページ: 064052-1~11
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.064052
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gap states of a polyethylene model oligomer observed by using high-sensitivity ultraviolet photoelectron spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki YAMAGUCHI, Kohei SHIMIZU, Atsushi MATSUZAKI, Daisuke SANO, Tomoya SATO, Yuya TANAKA, and Hisao ISHII
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E102.C ページ: 168-171
  • DOI: https://doi.org/10.1587/transele.2018OMS0008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of polarity of polarization charge induced by spontaneous orientation of polar molecules on electron injection in organic semiconductor devices (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuya TANAKA, Takahiro MAKINO, Hisao ISHII
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E102.C ページ: 172-175
  • DOI: https://doi.org/10.1587/transele.2018OMS0014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of High-Sensitivity UV photoemission Spectroscopy to Examine the Electronic Structure of Thermophilic Rhodopsin (2019)
  • 著者名/発表者名: DAISUKE SANO, ICHIRO IDE, TOMOKI AKIYAMA, YUYA TANAKA, YUKI SUDO, TAKESHI MURATA, AND HISAO ISHII
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 687 ページ: 34－39
  • DOI: https://doi.org/10.1080/15421406.2019.1648052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous orientation polarization in organic light-emitting diodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Noguchi, Wolfgang Bruetting, and Hisao Ishii
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: SF0801-1~10
  • DOI: https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab0de8
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Obtaining the Highest Occupied Molecular Orbital Peak of Organic Matter from Photoelectron Yield Spectra (2019)
  • 著者名/発表者名: Shohei Tadano, Yasuo Nakayama, Hiroumi Kinjo, Hisao Ishii, and Peter Krueger
  • 雑誌名: Phys. Rev. Applied 巻: 11 ページ: 054081-1~8
  • DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.054081
  • 査読あり
• [学会発表] 高感度紫外光電子分光と光熱偏向分光によるa-IGZO薄膜のギャップ内準位の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中澤 遼太郎, 松崎 厚志, 清水 康平, 但野 将平, 東海林 弘, 川嶋 絵美, Mojtaba Abdi Jalebi, Sam Stranks, Peter Krueger, 田中 有弥, 石井 久夫
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会, 上智大学 四谷キャンパス, 2020/3/12-15
• [学会発表] 波長掃引型低エネルギー高感度光電子スペクトルの解釈(3): 金属と有機試料のちがい (2020)
  • 著者名/発表者名: 石井久夫，木全俊輔，井手一郎，丸山泰一， 山口雄生，松崎厚志，清水康平，田中有弥
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会, 上智大学 四谷キャンパス, 2020/3/12-15
• [学会発表] Operando- Photoelectron Yield Spectroscopy of Organic Field Effect Transistors to Investigate Negative Carrier States (2019)
  • 著者名/発表者名: Taichi Maruyama, Keitaro Ikegami, Hiroumi Kinjo, Yuya Tanaka and Hisao Ishii
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Negative Carrier State of Organic Semiconductors Investigated by Operando- Photoelectron Yield Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Maruyama, K. Ikegami, H. Kinjo, Y. Tanaka and H. Ishii
  • 学会等名: The 5th Korea-Japan joint symposium on organic electronics, 2019 KPS Spring Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-Sensitivity UV Photoemission Spectroscopy of Organic Films, Interfaces, and Devices: As a Tool to Probe Traps, Carriers, and Excited States (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisao Ishii, K. Shimizu, A. Matsuzaki, D. Sano, I. Ide, T. Maruyama, Y. Yamaguchi, T. Kikuchi, S. Kimata, Y. Tanaka
  • 学会等名: 2019 Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) Gyeonggi Goyang/Seoul, South Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-Sensitivity Photoemission Spectroscopy of Organic and Inorganic Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisao Ishii
  • 学会等名: Symposium on Organic and Inorganic Hybrid Perovskites: Beyond Solar-Cell Application, June 5th 2019, Kyung Hee University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機トランジスタのOperando 光電子収量分光法によるキャリアの直接観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山 泰一，池上 慶太郎, 田中 有弥，石井 久夫
  • 学会等名: 2019年日本表面真空学会学術講演会, つくば国際会議場, 2019/10/28-30
• [学会発表] 高感度紫外光電子分光法を用いた金属タンパク質薄膜の電子構造観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井手一郎, Jerry Fereiro, Mordechai Sheves, Israel Pecht, David Cahen, 石井久夫
  • 学会等名: 2019年日本表面真空学会学術講演会, つくば国際会議場, 2019/10/28-30
• [学会発表] Electronic structure of Metalloprotein Films Observed by High-Sensitivity Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Ide, Jerry Fereiro, Mordechai Sheves, Israel Pecht, David Cahen, Hisao Ishii
  • 学会等名: 13rd Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena, Shanghai, China 2019/10/20-23
  • 国際学会
• [学会発表] 高感度光電子分光による長鎖アルカン薄膜の分 子間空隙にトラップされた電子の直接観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄生，清水康平, 佐野 大輔, 松崎 厚志, 田中 有弥, 上野 那美, 森澤 勇介，石井 久夫
  • 学会等名: 第9回CSJ化学フェスタ, タワーホール船堀, 2019/10/15-17
• [学会発表] 有機トランジスタのOperando 光電子収量分光法による電荷注入状態の直接観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山 泰一，池上 慶太郎, 田中 有弥，石井 久夫
  • 学会等名: 第9回CSJ化学フェスタ, タワーホール船堀, 2019/10/15-17
• [学会発表] 高感度紫外光電子分光法を用いた金属タンパク質薄膜の電子構造観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井手一郎, Jerry Fereiro, Mordechai Sheves, Israel Pecht, David Cahen, 石井久夫
  • 学会等名: 第9回CSJ化学フェスタ, タワーホール船堀, 2019/10/15-17
• [学会発表] 波長掃引型高感度光電子分光によるペロブスカイト単結晶の電子構造観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清水 康平，Igal Levine，Arava Zohar，Michael Kulbak，Antoine Kahn，Gary Hodes，David Cahen，石井 久夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学 札幌キャンパス, 2019/9/18-21
• [学会発表] 高感度紫外光電子分光による酸素暴露したC60薄膜のギャップ内準位の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木全 俊輔，清水 康平, 松崎 厚志, 丸山 泰一, 西 寿朗, 冨谷 茂隆, 石井 久夫，田中 有弥
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学 札幌キャンパス, 2019/9/18-21
• [学会発表] 波長掃引型低エネルギー高感度光電子分光と深紫外吸収分光による ポリエチレンモデル化合物薄膜のギャップ内準位の観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口 雄生，清水康平, 佐野 大輔, 松崎 厚志, 田中 有弥, 上野 那美, 森澤 勇介，石井 久夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学 札幌キャンパス, 2019/9/18-21
• [学会発表] フッ素系樹脂を有する超低屈折率正孔輸送層における導電機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々木 樹，鈴木 泰隆, 阿部 岳文, 鶴岡 薫, 桑名 保宏, 大内 靖弘, 出村 誠也, 山口雄生, 石井 久夫, 野口 裕, 横山 大輔
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学 札幌キャンパス, 2019/9/18-21
• [学会発表] Direct Evidence for In-Gap States in Bromide Perovskites and Their Effects on Devices (2019)
  • 著者名/発表者名: Arava Zohar, Igal Levine, Kohei Shimizu, Michael Kulbak, Hisao Ishii, Gary Hodes, David Cahen
  • 学会等名: 2019 MRS Spring Meeting, Phoenix, AZ, USA, 2019/4/22-26
  • 国際学会
• [学会発表] Dipolar doping of organic semiconductors to enhance carrier injection" (2019)
  • 著者名/発表者名: Alexander Hofmann, Vivien Wessels, Simon Zueffle, Stephane Altazin, Kohei Shimizu, Beat Ruhstaller, Hisao Ishii, and Wolfgang Bruetting
  • 学会等名: DPG Spring Meeting, Regensburg, Germany, 2019/3/31-4/5
  • 国際学会
• [備考] ”石井久夫”のWEBページ
  • URL: http://ishii-lab.in.coocan.jp/pukiwiki/?FrontPage