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2014 年度 実績報告書

高濃度キャリア制御による有機半導体の機能発現:レーザーと熱電効果

研究課題

研究課題/領域番号 24684023
研究機関東北大学

研究代表者

下谷 秀和  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60418613)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード有機トランジスタ / 有機エレクトロニクス / 金属有機半導体界面
研究実績の概要

電極から有機半導体へのキャリア注入はショットキー障壁のため大きな接触抵抗がある。特に、電子注入の障壁を下げるためにはカルシウム等の大気中で不安定な電極を用いる必要があり、大きな問題となっている。この問題を解決するアプローチの一つに金属半導体界面におけるバンドギャップ内準位を利用する方法がある。電極界面の有機半導体の結晶構造が乱れている場合は、それによって生じるバンドギャップ内準位を通ってキャリアが注入されるため、注入障壁が低減されると考えられている。そこで、絶縁層(SiO2)表面を修飾膜で覆ってから有機半導体を蒸着し、有機半導体薄膜の結晶性を変えることでバンドギャップ内準位の密度をコントロールし、接触抵抗の低減を試みた。修飾膜にはポリメタクリル酸メチル(PMMA)とテトラテトラコンタン(TTC)を用いた。
同じ有機半導体(BP2T)の蒸着膜を活性層として用いたFETでも、絶縁層修飾膜の違いにより大きく異なる特性が得られた。電極として仕事関数の大きい金を用いると、PMMAを修飾膜とした場合はゲート電圧が負の時に蓄積される正孔の注入のみが見られたのに対し、TTCを修飾膜とした場合は正孔・電子の両方の注入が見られた。原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、X線回折、光電子収量分光法による解析の結果、TTC薄膜状に蒸着されたBP2T薄膜の方が結晶構造の乱れが大きく、バンドギャップ内準位を通る注入が増強されたことが示唆された。このことにより、金属半導体界面に意図的にバンドギャップ内準位を導入することにより、有機両極性発光トランジスタにおいて、正孔・電子の注入障壁をどの金属を電極に用いても低下させられることができるようになった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Systematic Study of the Electronic States in Electron-Doped Polyacenes2014

    • 著者名/発表者名
      Q. T. N. Phan, S. Heguri, Y. Tanabe, H. Shimotani and K. Tanigaki
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2014 ページ: 4033-4038

    • DOI

      10.1002/ejic.201402381

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Systematic studies on anharmonicity of rattling phonons in type-I clathrates by low-temperature heat capacity measurements2014

    • 著者名/発表者名
      J. Wu, J. T. Xu, D. Prananto, H. Shimotani, Y. Tanabe, S. Heguri and K. Tanigaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 ページ: 214301-1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.214301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous Band-Filling Control and One-Dimensional Transport in Metallic and Semiconducting Carbon Nanotube Tangled Films2014

    • 著者名/発表者名
      H. Shimotani, S. Tsuda, H.T. Yuan, Y. Yomogida, R. Moriya, Taishi Takenobu, K. Yanagi and Y. Iwasa
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 24 ページ: 3305-3311

    • DOI

      10.1002/adfm.201303566

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Tuning of the ground state in electron doped anthracene2014

    • 著者名/発表者名
      Q. T. N. Phan, S. Heguri, Y. Tanabe, H. Shimotani, T. Nakano, Y. Nozue and K. Tanigaki
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 43 ページ: 10040-10045

    • DOI

      10.1039/C4DT00071D

    • 査読あり
  • [学会発表] 有機単結晶FETの電子易動度の絶縁層修飾膜依存性2015

    • 著者名/発表者名
      下谷秀和, 小林昌太, 及川翔, 谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      2015-03-21
  • [学会発表] Control of Carrier Injection Barrier in Organic Thin-Film Transistors by Surface Modification of Dielectric Layer2014

    • 著者名/発表者名
      H. Shimotani, T. Kanagasekaran, S. Ikeda, H. Shang, R. Kumashiro, K. Tanigaki
    • 学会等名
      2014 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      ボストン(アメリカ)
    • 年月日
      2014-12-01

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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