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有機電子デバイスにおいては、有機物/金属、あるいは有機物/有機物などのヘテロ界面における電荷の移動が特に重要な役割を担っている。例えば、界面を横切るような電極と有機物間の電荷注入はほぼすべての有機電子デバイスにおいて必要とされ、注入効率はデバイスの性能に直結する。また、有機電界効果トランジスタ(OFET)において電荷が輸送される領域は、誘電体膜との界面のごく近傍(ほぼ単分子層)であり、界面の影響を非常に大きく受ける。このような界面の構造を分子レベルで自在に制御することが出来れば、それらに起因する新たな機能が発現し、これまでにない動作原理の電子デバイスを創成することができると期待できる。特に分子の自己組織化プロセスを利用出来れば、高度に集積化したデバイスが低コストで作成できる可能性がある。
本研究ではこれまでに、圧力や熱を加えずに非常に穏和な条件下で有機薄膜を転写する方法を開発している。この方法は犠牲層として水に可溶なポリマー層を用い、2つの基板を重ねあわせた後、水を基板の端に垂らすことによって水を犠牲層に浸入させる。有機薄膜は剥離し、また界面の疎水的な相互作用によって薄膜が転写され、積層構造が容易に得られるというものである。このようにして得られた有機界面は、元の薄膜を作成したときに溶液と気相の界面で形成したポリマーの構造・配向性を保持していると考えられる。
本年度はこの手法を用いて、OFETにおける膜厚方向の電荷分布を実験的に実証するという基礎的に興味深い応用を検討した。これは、転写した薄膜の界面が、スピンコート界面よりも2桁程度高い電荷移動度を示すことを利用して、転写界面を電荷量のプローブとして用いるものである。その結果、観測されたOFET挙動と、電荷移動のモデルによる結果がよく一致し、電荷分布のゲート電圧依存性を実験的に観測することに成功した。
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