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2021 年度 実績報告書

光誘起分極電流で駆動する光電変換素子

研究課題

研究課題/領域番号 19J01990
研究機関北海道大学

研究代表者

横倉 聖也  北海道大学, 工学研究院, 助教

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
キーワード有機エレクトロニクス / 分極 / 光電変換 / 界面分極
研究実績の概要

有機光電変換は,低コスト,光センシングの可変性など多くの利点を持つが,有機半導体は大気中での安定性,キャリア移動度の低さなどの欠点がある.そこで,本研究では,金属(M)/絶縁体(I)/半導体(S)/絶縁体(I)/金属(M)からなるMISIM型光電変換セルを対象に研究を進めた.このセルはS/I/Mの界面をキャリアが通過することなく,純粋な分極電流を誘起できる.
これまで,材料の最適化が検討されているが,本研究では照射する変調光のON時間とOFF時間の比(duty比)をパラメータとし,MISIM型デバイスの光応答性を検討し,実用化に向けた光電変換の高速化・高効率化の指針を得ることを目的とした.0.2~2.0マイクロsの班にで変調光のON時間とOFF時間を独立に変化させることにより,過渡光電流の立ち上がり時間がduty比(D = ON時間/(ON時間+OFF時間))によって30%改善されることがわかった.また,1サイクルで発生する電荷キャリアはD = 0.5で最大となり,変調周波数の増加とともに時間平均が徐々に増加することを明らかにした.これらの特徴は,RC回路の簡易的な理論モデルでよく説明できる.
光電変換以外にも,MISIM型デバイスを用いた分極メモリを作製した.このデバイスはバルク分極を起源とする強誘電体とは異なり,I/S界面の界面分極が起源となり分極ヒステリシスを誘発する.よって,分極を持たない常誘電材料を積層し,外部電場を印可するだけで容易に分極メモリ効果が得られる.この素子の分極値はI層の静電容量と相関があり,材料選択により自由に分極値を制御可能だと期待される.分極値の巨大化や分極反転電圧の改善が今後の課題である.

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Stabilization of Interfacial Polarization and Induction of Polarization Hysteresis in Organic MISIM Devices2021

    • 著者名/発表者名
      Yokokura Seiya、Tomimatsu Akihiro、Ishiguro Jun、Harada Jun、Takahashi Haruka、Takahashi Yukihiro、Nakamura Yuto、Kishida Hideo、Suizu Rie、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13 ページ: 31928~31933

    • DOI

      10.1021/acsami.1c08417

    • 査読あり
  • [学会発表] 有機薄膜デバイスの界面分極安定化により誘起される分極ヒステリシス2022

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也,阿波賀邦夫
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2022年冬季研究発表会
  • [学会発表] 有機薄膜デバイスの界面分極安定化による分極ヒステリシス誘発2022

    • 著者名/発表者名
      横倉聖也,島田敏宏,阿波賀邦夫
    • 学会等名
      令和3 年度日本表面真空学会東北・北海道支部学術講演会
  • [学会発表] 有機デバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシスの誘発2022

    • 著者名/発表者名
      横倉 聖也、富松 明宏、原田 潤、高橋 幸裕、中村 優斗、岸田 英夫、水津 理恵、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Rate-determining process in MISIM photocells for optoelectronic conversion using photo-induced pure polarization current without carrier transfer across interfaces2021

    • 著者名/発表者名
      S. Yokokura
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機MISIMデバイスにおける界面分極の安定化と分極ヒステリシスの誘発2021

    • 著者名/発表者名
      横倉 聖也、富松 明宏、原田 潤、高橋大空,高橋 幸裕、中村 優斗、岸田 英夫、水津 理恵、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会
  • [産業財産権] 有機強誘電デバイス2022

    • 発明者名
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • 権利者名
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2022/008557

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公開日: 2022-12-28  

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