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2022 Fiscal Year Annual Research Report

アモルファス有機薄膜の自発的配向分極現象の機構解明と応用

Research Project

Project/Area Number 20H02810
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

石井 久夫  千葉大学, 先進科学センター, 教授 (60232237)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 有弥  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90780065)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords自発配向分極 / 有機EL素子 / 有機発光ダイオード / 回転型ケルビンプローブ / 巨大表面電位
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,自発的配向分極量を多くの材料に対して精度良くかつ自動的に測定できる“回転型ケルビンプローブ(KP)装置”を開発し,実測データ量を桁で増やし,機械学習を用いた分極を誘起する要因の特定,量子化学計算に基づく分子間相互作用の理論的解析などにより,分極の大きさと極性を制御する分子設計と蒸着プロセスを開発することを目指した。R4,5年度は、開発した回転型ケルビンプローブを用いて、種々の有機蒸着膜の表面電位測定を行い、自発配向分極(SOP)を調査した。当初、できるだけ多数の分子に関するデータを蓄積し、機械学習も利用して、大きなSOPを与える因子および分子配列のメカニズムの解明をめざした。しかし、詳細に実験を進めるなかで、蒸着速度、基板温度、さらには、蒸着間隔などの蒸着条件に敏感にSOPの度合いが変化してしまうことがわかった。そのため、分子種とSOPの関係を機械学習だけで求めるのが難しくなった。そこで研究期間を1年延長して研究を進めた。機械学習からはSOPと弱い相関を示す因子を見出した。これらの因子をもとに今後の分子設計を検討したい。一方、蒸着条件が大きくSOPを左右することに関しては、蒸着シャッタを開閉することで、断続的に蒸着を行う「間欠蒸着」を行うと、シャッターを閉めた後の待機時間にSOPによる表面電位が緩和する現象、待機時間を変えることで、SOPの極性を反転させることができることなどの現象を見出した。この結果は、有機EL素子の膜中でSOPによる分極特性を任意に制御できることを示しており、新たな素子向上パラメータとして活用できることを示している。また、膜厚を変えながら連続的に表面電位を測定できる回転がケルビンプローブ装置は、バンドの曲がりの実測などにも有効であり、有機エレクトロニクスの電子構造解析に重要な手法であることを実証できた。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (24 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Augsburg University(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Augsburg University
  • [Journal Article] 極性有機分子の自発的配向分極現象を利用したエレクトレット型振動発電素子の動作機構2024

    • Author(s)
      田中 有弥,栗原 啓輔,阿部 直矢,神宮 彩人,村上 晃一,森下 浩多,鈴木 孝明,山根 大輔,石井 久夫
    • Journal Title

      日本画像学会誌

      Volume: 63 Pages: 176-184

    • DOI

      10.11370/isj.63.176

  • [Journal Article] Impact of Intermittent Deposition on Spontaneous Orientation Polarization of Organic Amorphous Films Revealed by Rotary Kelvin Probe2023

    • Author(s)
      Ohara Masahiro、Hamada Hokuto、Matsuura Noritaka、Tanaka Yuya、Ishii Hisao
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 15 Pages: 57427~57433

    • DOI

      10.1021/acsami.3c12914

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Stable spontaneous orientation polarization by widening the optical band gap with 1,3,5,7-tetrakis(1-phenyl-1<i>H</i>-benzo[<i>d</i>]imidazol-2-yl)adamantane2023

    • Author(s)
      Wang Wei-Chih、Nakano Kyohei、Tanaka Yuya、Kurihara Keisuke、Ishii Hisao、Adachi Kiyohiro、Hashizume Daisuke、Hsu Chain-Shu、Tajima Keisuke
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 11 Pages: 13039~13046

    • DOI

      10.1039/D3TC02724D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Observation of Surface Potential of Micropatterned Self-assembled Electrets for MEMS Vibrational Energy Harvesters2023

    • Author(s)
      Yamane Daisuke、Kawashima Kosuke、Sugimoto Reiki、Li Ruichen、Kayaguchi Hideyuki、Kurihara Keisuke、Ishii Hisao、Tanaka Yuya
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 35 Pages: 1985~1985

    • DOI

      10.18494/SAM4400

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stabilization of Spontaneous Orientation Polarization by Preventing Charge Injection from Electrodes2023

    • Author(s)
      Wei-Chih Wang, Kyohei Nakano, Yuya Tanaka, Hisao Ishii, Chain-Shu Hsu, Keisuke Tajima
    • Journal Title

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      Volume: 36 Pages: 161-166

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 有機半導体のバルク・界面電子構造とデバイス物理の狭間で2023

    • Author(s)
      石井 久夫
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] 分子系材料の電子構造研究を振り返って:測定屋のこだわりと M&BE 分科会2023

    • Author(s)
      石井 久夫
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Intermittent Deposition Technique to Control Spontaneous Orientation Polarization in Vacuum-Evaporated Organic Films Observed by Rotary Kelvin Probe Technique2023

    • Author(s)
      Hisao Ishii, M. Ohara, Noritaka Matsuura, Yuya Tanaka
    • Organizer
      The 14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Intermittent Deposition Technique for tuning Spontaneous Orientation Polarization: Orientation Relaxation Observed by Rotary Kelvin Probe2023

    • Author(s)
      Masahiro Ohara, Taiyo Inoue, Yuya Tanaka, Hisao Ishii
    • Organizer
      16th European Conference on Molecular Electronics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 回転型ケルビンプローブによる有機半導体界面の電位分布測定:熱平衡モデルに基づくエネルギー準位接続シミュレーションの検証2023

    • Author(s)
      井上 太陽, 大原 正裕, 岡田 壮史, 新井 信道, 石井 久夫
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 回転型ケルビンプローブによる水素結合を持つ極性分子蒸着薄膜の自発配向分極の観察2023

    • Author(s)
      井上 太陽, 吉澤 雅弘, 大原 正裕, 田中 有弥, 石井 久夫
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 極性有機分子の配向緩和過程を利用した新規配向制御法の開発:回転型Kelvin Probeによる配向形成の観測2023

    • Author(s)
      大原 正裕, 井上 太陽, 田中 有弥, 石井 久夫
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] High-Sensitivity UV Photoemission Spectroscopy Using Low Energy Photon to Probe the Electronic Structures of Semiconductors, Insulators and Biomolecules2022

    • Author(s)
      Hisao Ishii
    • Organizer
      Pac Surf 2022.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spontaneous orientation of polar OLED materials: Its role and applications2022

    • Author(s)
      Yuya Tanaka, Yuki Tazo, Shin Shinohara, Hideyuki Kayaguchi, Naoya Abe, Keisuke, Kurihara, Masahiro Ohara, Hisao Ishii
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spontaneous Orientation Polarization in Vacuum-Evaporated Films of Polar Organic Molecules Investigated by (Conventional and Rotary) Kelvin Probe2022

    • Author(s)
      Hisao Ishii, Masahiro Ohara, Noritaka Matsuura, Yuya Tanaka
    • Organizer
      International Conference on Materials Science, Engineering and Technology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effect of Light Irradiation on Giant Surface Potential of Polar Organic Molecules on Insulator Layer2022

    • Author(s)
      Keisuke Kurihara,Hideyuki Kayaguchi, Masaya Kitaoka, Hisao Ishii, Yuya Tanaka
    • Organizer
      13th International Conference on Nano-Molecular Electronics (ICNME 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of a crucible heating on the surface potential of 1,3,5-tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene2022

    • Author(s)
      Hideyuki Kayaguchi,Keisuke Kurihara, Hisao Ishii, Yuya Tanaka
    • Organizer
      13th International Conference on Nano-Molecular Electronics (ICNME 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 絶縁層挿入による自己組織化エレクトレット型振動発電素子の光照射に対する安定性の向上2022

    • Author(s)
      栗原 啓輔, 栢口 英之, 松浦 寛恭, 石井 久夫, 田中 有弥
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 回転型Kelvin Probeを用いた極性有機分子膜における配向緩和のリアルタイム測定2022

    • Author(s)
      大原 正裕, 田中 有弥, 石井 久夫
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 極性有機分子膜における巨大表面電位の観測と制御 ~ 回転型ケルビンプローブによるリアルタイム測定法の開発 ~2022

    • Author(s)
      大原 正裕, 田中 有弥, 石井 久夫
    • Organizer
      有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [Book] 有機半導体の開発と最新動向 第20章2024

    • Author(s)
      石井久夫、大原正裕
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Remarks] 千葉大学石井研究室

    • URL

      http://ishii-lab.in.coocan.jp/pukiwiki/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 成膜装置及び成膜方法2024

    • Inventor(s)
      石井久夫、大原正裕
    • Industrial Property Rights Holder
      石井久夫、大原正裕
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2024-026660

URL: 

Published: 2024-12-25  

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