| 研究課題/領域番号 |
16H05976
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
堤 潤也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30573141)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 有機薄膜トランジスタ / 結晶粒界 / 伝導機構 / イメージング / 過渡応答 / 変調分光 / 有機強誘電体 / 分極ドメイン |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、半導体内部の電荷の空間分布を可視化できる申請者の独自技術（ゲート変調イメージング技術）をナノ秒時間分解測定に発展させ、多結晶半導体デバイスの性能律速要因とされる結晶粒界近傍の局所伝導機構を明らかにすることである。H29年度は、昨年度に引き続き、測定装置の大幅な高時間分解能化に取り組み、イメージインテンシファイアと高輝度LEDを測定装置に組み込むことで最高50nsの時間分解能での電荷分布イメージングを実現した。さらに開発した装置を用いてペンタセン多結晶薄膜をチャネルとする有機薄膜トランジスタの時間分解イメージングに取り組み、以下の成果を得た。①電荷の伝播距離が時間の平方根に比例して増加する拡散的電気伝導を観測するとともに、その様子をモデルシミュレーションにより高い精度で再現し、測定法の高い信頼性を確認。②電極―半導体界面、結晶粒界、微結晶内部のトラップによって電気伝導が阻害され、過渡的な電荷の粗密が生じる様子を捉えることに初めて成功。
上記の有機薄膜トランジスタに対する取り組みに加え、有機強誘電体単結晶薄膜の分極ドメインのイメージングにも取り組んだ。昨年度までに、ゲート変調イメージング法を有機強誘電体に適用すると、向きが逆の分極ドメインが外部電場に対して反対符号のStark効果を示すことに由来して、分極ドメインの空間分布を可視化できることを明らかにしている。H29年度は透過光測定が可能なプローブ光波長を用いたイメージングを行うことにより、PFM等の従来技術では不可能な、薄膜深さ方向の分極ドメイン分布のイメージングを可能にした。これにより、薄膜表面の分極ドメインが反転しやすいのに対し、薄膜―基板界面では界面に存在するピン止めサイトによって分極ドメインが反転しにくくなっていることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
H29年度に実施した研究により、多結晶性有機半導体薄膜の結晶粒界近傍の局所伝導を最高50nsの時間分解能でイメージングすることに成功しており、H29年度目標は達成された。さらに、当初H30年度の実施を予定していた伝導モデルシミュレーションにも取り組み、実験結果を高い精度で再現、測定法の高い信頼性を確認することにも成功した。
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| 今後の研究の推進方策 |
H29年度までに実施した研究により、最高50nsの時間分解能で多結晶有機薄膜トランジスタの局所伝導をイメージングすることに成功しており、測定手法の開発についてはほぼ終了している。一方、測定対象を多結晶性半導体薄膜に限定してきたことから、H30年度は単結晶薄膜やアモルファス薄膜の測定に取り組み、異なる構造不均質性に対して局所伝導機構がどのように変化するかを明らかにする。さらに、開発したイメージング法のさらなる展開をにらみ、二次電池や電気化学トランジスタなどの電気化学デバイスへの適用にも取り組む。
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