有機半導体に分散した半導体ナノ粒子の電子準位決定法の開発

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24655012
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 吉田 弘幸 京都大学, 化学研究所, 助教 (00283664)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ナノ粒子 / 電子構造 / 光電子収量分光法

研究実績の概要

本研究は、有機半導体中に分散したナノ粒子の電子準位を決定する新しい実験手法の開発とこの装置を用いたナノ粒子のイオン化エネルギー測定を目的とする。電子準位決定のもっとも有力な実験法である光電子分光法は、 検出深さが1ナノメートル程度と小さいため、ナノ粒子の保護基や有機半導体からの信号に妨害されやすく、また試料帯電の影響を受けやすいため、ナノ粒子からの信号を検出するのが困難であった。本研究では、試料帯電の影響を受けにくく、検出深さの大きな光電子収量法に着目した。この測定手法に、ナノ粒子からの弱い信号を選択的に検出する特別な工夫をすることで、ナノ粒子の電子準位を決定する。
これまでに、ナノ粒子測定のための光電子収量分光装置の設計・製作を行ってきた。重水素ランプで発生した真空紫外光を回折格子で単色化し、試料表面に集光する。試料表面から放出された電子を正電圧を印加した電極で集め、光の波長の関数として光電流を測定する。
真空紫外光は大気中の酸素によって吸収されるため、分光器と集光装置内部は窒素置換し、試料槽は高真空に排気できるように設計し、サリチル酸ナトリウム膜を用いて真空紫外光の強度を確認した。この結果、400－120 nmの波長領域で減衰なく試料に到達することを確認した。一方、試料測定のための真空槽は、試料表面の汚染を防ぐためオイルフリーの高真空にした。さらに、試料の移送機構、電極の製作を進めた。現在、信号強度を増やし、測定に耐える信号ノイズ比が得られるように装置の調整を進めている。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

限られた予算で装置の製作をするため、既存の真空装置や真空部品、電子部品を最大限に活用した。この結果、細かなトラブルが発生したこと、信号強度が十分得られなかったことなどが装置の完成が遅れた主な原因である。それに加えて、研究代表者が平成２７年度４月に異動したため、実験装置の運搬のため停止・解体する必要があったことも、予定より遅れた原因である。

今後の研究の推進方策

最終年度であるから、ナノ粒子の測定を進める。光電子収量分光法だけでなく、紫外光電子分光法、低エネルギー紫外光電子分光法などの他の測定手法も適用し、検出深さや試料帯電の問題を検討する。これらにより、ナノ粒子のイオン化エネルギーを決定する方法の確立を目指す。

次年度使用額が生じた理由

本研究では、新しい実験装置を設計・製作し、これによりナノ粒子の電子構造を調べることを目的としている。昨年度に引き続き、予定していた装置の製作を進めており、おおむね出来上がっている。しかし、いまだに当初の性能が得られていない。このような事情により、研究期間を延長し、今年度も装置の調整を進めることで、早急に測定を可能にして、当初の目的を達成する必要がある。

次年度使用額の使用計画

主に、実験装置の調整に必要な真空部品・電子部品などの消耗品の購入に充てる。具体的には、サンプルホルダー周辺の部品の工作、サンプルに電位をかけるのにひつような真空用電流導入端子の追加、電源の購入である。その他には、ナノ粒子試料を提供する予定の共同研究者との研究打ち合わせ旅費にも使う予定である。