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2010 年度 実績報告書

電界誘起電子スピン共鳴法による有機トランジスタ界面トラップ準位の微視的起源の同定

研究課題

研究課題/領域番号 22360012
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

長谷川 達生  独立行政法人産業技術総合研究所, 光技術研究部門, 研究グループ長 (00242016)

研究分担者 山田 寿一  独立行政法人産業技術総合研究所, 光技術研究部門, 主任研究員 (20358261)
キーワード有機トランジスタ / 電子スピン共鳴 / 有機半導体 / 電子輸送 / トラップ準位
研究概要

本年度は、有機トランジスタ内でキャリアを局在化させる機構を明らかにするため、電界誘起ESR法を駆使した以下の研究に取り組んだ。第一に、電界誘起ESR法によりトラップ準位の数密度を評価・解析する手法を確立するため、薄膜トランジスタ(TFT)を10枚程度重ね合わせて電界誘起ESR信号強度を増強し、これにより従来に比べ3~5倍程度S/N比を向上させることに成功した。第二に、前記測定法を利用し、低温でペンタセンTFTの電界誘起ESRスペクトルを異なるゲート電圧(キャリヤ数)のもとで精密測定し、そのスペクトル解析によりトラップ状態密度分布を評価した。その結果、ペンタセンTFTのトラップ準位分布はいずれのゲート電圧においても離散的な深いトラップ準位(広がりは1.5分子程度と5分子程度の二種)と、連続的な浅いトラップ準位(6~20分子にわたる分布)からなっており、キャリア数増加とともに深い準位はそれほど変化しない一方で、連続的な浅いトラップ準位の密度増加と、より浅い準位の充填が見られることが分かった。以上の結果は理論的な予想と一致しており、電界誘起ESRスペクトルの解析に高い信頼性があることを確認することに成功した。
第三に、同様の解析を別種の有機半導体であるDNTTからなる薄膜トランジスタに対して行い、ペンタセンTFTの場合と類似した離散的な深いトラップ準位(広がりは3.3分子程度と11分子程度の二種)と、連続的な準位(5~40分子に渡る分布)からなることを見出した。以上から、電界誘起ESR法による有機トランジスタの界面トラップ状態密度分布の評価・解析法の確立と、これを用いて有機トランジスタに共通して存在する弱く局在したトラップ準位の存在を明らかにすることに成功した。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (17件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Field-modulation spectroscopy of pentacene thin films using field-effect devices : Reconsideration of the excitonic structure2010

    • 著者名/発表者名
      Simon Haas, Hiroyuki Matsui, Tatsuo Hasegawa
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 82 ページ: 161301(R)(1-4)

    • 査読あり
  • [学会発表] 電子スピンをプローブとする有機トランジスタの電荷輸送2011

    • 著者名/発表者名
      長谷川達生、松井弘之
    • 学会等名
      日本化学会第91春季年会
    • 発表場所
      (招待講演 震災により講演は中止)
    • 年月日
      2011-03-29
  • [学会発表] 有機薄膜トランジスタにおける微結晶内-微結晶間キャリヤダイナミクスの分離2011

    • 著者名/発表者名
      松井弘之, 高橋永次, 熊木大介, 時任静士, 瀧宮和男, Andrei S.Mishchenko, 長谷川達生
    • 学会等名
      日本物理学会第66回年次大会
    • 発表場所
      (震災により講演は中止)
    • 年月日
      2011-03-28
  • [学会発表] FI-ESR法によるDNTT薄膜トランジスタの微量不純物分析2011

    • 著者名/発表者名
      高橋永次, 松井弘之, 瀧宮和男, 長谷川達生
    • 学会等名
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      (震災により講演は中止)
    • 年月日
      2011-03-26
  • [学会発表] FI-ESR法による有機薄膜トランジスタのグレイン間ポテンシャル障壁の評価2011

    • 著者名/発表者名
      松井弘之, 高橋永次, 熊木大介, 時任静士, 瀧宮和男, 長谷川達生
    • 学会等名
      2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      (震災により講演は中止)
    • 年月日
      2011-03-26
  • [学会発表] ESR Observation of Impurity Molecules in Dinaphtho[2,3-b:2',3'-f]thieno[3,2-b]thiophene Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Matsui, Eiji Takahashi, Toshikazu Yamada, Kazuo Takimiya, Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      Pacifichem 2010
    • 発表場所
      Hawaii, U.S.A.
    • 年月日
      2010-12-19
  • [学会発表] 有機トランジスタのデバイス物理2010

    • 著者名/発表者名
      長谷川達生
    • 学会等名
      第18回エレクトロニクス基礎研究所公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪電気通信大学、寝屋川市(招待講演)
    • 年月日
      2010-12-17
  • [学会発表] 有機トランジスタの物理2010

    • 著者名/発表者名
      長谷川達生
    • 学会等名
      第40回広島大学講演会/JST研究成果報告会"有機エレクトロニクス・イノベーション"
    • 発表場所
      広島大学、東広島市(招待講演)
    • 年月日
      2010-10-22
  • [学会発表] 高移動度有機半導体材料の孤立分子のESR解析2010

    • 著者名/発表者名
      高橋永次, 松井弘之, 瀧宮和男, 長谷川達生
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2010-09-23
  • [学会発表] イオン液体を用いた有機トランジスタの高感度電界誘起ESR2010

    • 著者名/発表者名
      松井弘之、高橋永次、長谷川達生
    • 学会等名
      日本物理学会2010年秋季大会
    • 発表場所
      大阪府立大学
    • 年月日
      2010-09-23
  • [学会発表] 高移動度有機トランジスタ材料の孤立分子および薄膜のESR解析2010

    • 著者名/発表者名
      高橋永次, 松井弘之, 瀧宮和男, 長谷川達生
    • 学会等名
      2010年秋季 第71回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎大学、長崎市
    • 年月日
      2010-09-16
  • [学会発表] Electron Spin Resonance Study on Interface Charge Transport in Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Hasegawa, Hiroyuki Matsui, Andrei S.Mishchenko
    • 学会等名
      3rd Topical Meeting on Spins in Organic Semicon ductors (SPINOS III)
    • 発表場所
      Amsterdam, Netherland
    • 年月日
      2010-09-01
  • [学会発表] Interface Cnarge Transport of Organic Semiconductors Probed by Spins2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      Workshop on Physics of New Materials
    • 発表場所
      ETH Zurich, Zurich, Switzerland(招待講演)
    • 年月日
      2010-08-24
  • [学会発表] ESR Study on Charge Transport in Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Hasegawa, Hiroyuki Matsui, Andrei S.Mishchenko
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM2010)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2010-07-08
  • [学会発表] ESR Study on Interfacial Trap States in Organic Thin-Film Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Matsui, Andrei S.Mishchenko, Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      International Conference on Organic Electronics (ICOE 2010)
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2010-06-23
  • [学会発表] Gate Modulation Spectroscopy of Interfacial Trap States in Organic Thin-Film Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Simon Haas, Hiroyuki Matsui, Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      International Conference on Organic Electronics (ICOE 2010)
    • 発表場所
      Paris, France
    • 年月日
      2010-06-23
  • [学会発表] Spectroscopic Study of Interfacial Charged States in Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      The OFET2010 Workshop
    • 発表場所
      Les Diablerets, Switzerland(招待講演)
    • 年月日
      2010-05-07
  • [学会発表] Distribution of Localized States from Fine Analyses of ESR Spectra in Organic Transistors2010

    • 著者名/発表者名
      Tatsuo Hasegawa
    • 学会等名
      2010 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, U.S.A.
    • 年月日
      2010-04-08
  • [備考]

    • URL

      http://unit.aist.go.jp/photonics/cmpg/index.html

  • [産業財産権] 半導体薄膜の評価方法2011

    • 発明者名
      長谷川達生、松井弘之、高橋永次
    • 権利者名
      独立行政法人産業技術総合研究所、住化分析センター株式会社
    • 産業財産権番号
      特願 2011-043164
    • 出願年月日
      2011-02-28

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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