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本研究課題では、FETチャネル部における電荷分布や電界分布を得ることを目標として、誘電現象の物理に着目した、新規な光学的手法による測定方法の構築を目的としている。具体的には、非線形光学的手法である光第二次高調波(SHG)分光により電界分布を、ラマン分光などの振動分光法により電荷分布を見積もる。その際、それぞれの分光法共に顕微測定技術を取り入れ、高分解能でチャネル間を観測する。かつ、それぞれの電気量をチャネル中の各点で数値化するだけでなく、高感度CCDを用いて、チャネル間のイメージングについても試みる計画である。
まず本年度は有機FET用顕微SHGシステムの完成を目指した。顕微SHGは長焦点の顕微鏡対物レンズを用い、同軸落射照明系で微小スポットからのSHGを測定するものである。顕微鏡部分およびサンプルホルダを自作することで、柔軟性の高いシステムを構築することができた。サンプルホルダは温度制御ができるようになっており、キャリア注入や輸送の温度依存性を測定できるようにした。
ペンタセンを活性層に用いたFETでは、Off状態とOn状態でのSHG強度分布の大きな変化(Off状態でドレイン側に集中したSHGが、On状態ではチャネル全体でフラットな強度分布を示す)を確認することができた。また、Off状態における金電極からペンタセンへの電子注入に関して、初めて光学的手法を用いた観測に成功した。さらに、ポリジアセチレンを用いたFETでは、注入された電荷による新たなSHG信号を確認できた。これは、On状態で注入されたホールがトラップされ、FETのすべての電極をゼロ電位にすることでSHGが確認できるものである。この際、SHG強度は時間的に減少するため、解析により脱トラップの活性化エネルギーを見積もることができた。
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