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2015 年度 実施状況報告書

有機デバイスの動作環境における価電子状態の断層解析

研究課題

研究課題/領域番号 26390044
研究機関東京大学

研究代表者

青木 優  東京大学, 総合文化研究科, 助教 (50302823)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード有機デバイス / 価電子状態 / 電子分光 / 電子放射顕微鏡
研究実績の概要

本研究は,有機-金属,有機-半導体といった有機デバイスにおいて動作環境下(電圧印加,光照射)でどのような電子準位接続が生じるかに着目する.最先端の電子分光や電子放射顕微鏡を駆使して,真空準位,価電子バンドなど,固体マテリアルの電子物性を左右する準位を断層的に分析し,界面も含めたデバイスの系全体における電子準位接続の3次元マッピングを行う.特にフェルミ準位近傍に出現する電子状態(そのエネルギー位置や空間分布を含めた状態密度)の理解を深めることで,新規デバイス作製にとって最も重要な要素となる電荷注入障壁や電荷輸送特性を自在に制御するための指針を与える.
金単結晶基板上にピセン分子薄膜を作製し,その電子状態解析を行った.単分子層から多層膜へ膜厚が変化すると,集合状態や価電子状態が変化することを見出した.
シリコン自然酸化膜上にペンタセン薄膜を作製し,その薄膜の集合状態を光電子顕微鏡で追跡した.ペンタセン薄膜はフラクタル成長することが確かめられ,フラクタル次元の解析を行った.
有機電界効果トランジスタを模した試料を真空槽内で作製し,その価電子状態を電子分光で明らかにした.ペンタセンバンドの結合エネルギーは各観測場所で異なることが見出され,特に高電位側の電極付近でが大きく変化していることが分かった.
金基板上のペンタセン,ピセン分子の電子状態の解析をを第一原理計算で行った.特にペンタセンについてはバイアス印加状態を仮定した計算も行い,有機―金属界面で生じるポテンシャルを比較検討した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成27年度の研究計画は以下の通りであった.
デバイス動作環境下での電子状態解析.電極を備えた,デバイスを模した試料作製を行い,次のようなカテゴリー区分をつけてカテゴリー間のフィードバックをかけながら効率よく解析する.(i) PEEMによる仕事関数(真空準位)の二次元マッピング,(ii) UPS,MAESによる価電子バンドベンディングの解析
電界効果トランジスタを模した試料については,解析が順調に進んだ.デバイス動作環境の第一原理計算については当初困難と思われていたが,モデル系を工夫することにより計算できるようになった.有機太陽電池を模した試料についてはまだ実現できていないが,平成28年度の課題としたい.

今後の研究の推進方策

平成28年度は昨年度と同様,デバイス動作環境下での電子状態解析を行う.電極を備えた,デバイスを模した試料作製を行い,以下のようなカテゴリー区分をつけてカテゴリー間のフィードバックをかけながら効率よく解析する.(i) PEEMによる仕事関数(真空準位)の二次元マッピング,(ii) UPS,MAESによる価電子バンドベンディングの解析
また,第一原理計算による電子準位接続の理論的解析をさらに進め,電子分光実験で得られた知見を理論的に説明できるよう試みる.有機太陽電池を模した試料についても実現し,電子状態観測を行う予定である.
今年度は最終年度に当たるため,以上の研究成果の発信を積極的に行う.

次年度使用額が生じた理由

真空部品,電子部品で一部の消耗品を次年度に使用することになったため.

次年度使用額の使用計画

真空部品,電子部品として使用する.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Spectroscopic Identification of Ag-Terminated “Multilayer Silicene” Grown on Ag(111)2016

    • 著者名/発表者名
      Chun-Liang Lin, Takeshi Hagino, Yujiro Ito, Kazuaki Kawahara, Ryo Nagao, Masaru Aoki, Shigeru Masuda, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, and Noriaki Takagi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 ページ: 6689-6693

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b00717

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Local electronic structure at organic-metal interface studied by UPS, MAES, and first-principles calculation2015

    • 著者名/発表者名
      M. Aoki and S. Masuda
    • 雑誌名

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      巻: 204 ページ: 68-74

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2015.04.005

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Au基板上ジナフトチエノチオフェンの界面電子構造2015

    • 著者名/発表者名
      伊藤佑次朗,窪木伸吾,青木優,増田茂
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2015
    • 発表場所
      国立女性教育会館(埼玉県比企郡嵐山町)
    • 年月日
      2015-11-27 – 2015-11-27
  • [学会発表] Spectroscopic Identification of Silicene Grown on Ag(111)2015

    • 著者名/発表者名
      林俊良,萩野勇志,伊藤佑次朗,長尾遼,川原一晃,青木優,増田茂,荒船竜一,川合眞紀,高木紀明
    • 学会等名
      表面・界面スペクトロスコピー2015
    • 発表場所
      国立女性教育会館(埼玉県比企郡嵐山町)
    • 年月日
      2015-11-27 – 2015-11-27
  • [学会発表] Ag(111)上多層シリセンの価電子構造2015

    • 著者名/発表者名
      萩野勇志,林俊良,長尾遼,伊藤佑次朗,川原一晃,荒船竜一,川合眞紀,高木紀明,青木優,増田茂
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [学会発表] Au(111)上ジベンゾペンタセン単分子層の電子状態2015

    • 著者名/発表者名
      鈴木敦,佐藤博史,伊藤佑次朗,青木優,首藤 健一,増田茂
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16
  • [学会発表] The electronic structure of the outer most layer in multilayer silicene grown on Ag(111)2015

    • 著者名/発表者名
      林俊良,萩野勇志,伊藤佑次朗,長尾遼,川原一晃,青木優,増田茂,荒船竜一,川合眞紀,高木紀明
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府吹田市)
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-16

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公開日: 2017-01-06  

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