2012 Fiscal Year Annual Research Report
有機電界効果デバイス界面の電子・スピン機能とその制御
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22340080
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
黒田 新一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20291403)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊東 裕 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10260374)
丸本 一弘 筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 准教授 (50293668)
田中 久暁 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50362273)
下位 幸弘 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 上級主任研究員 (70357226)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2013-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 電子スピン共鳴 / 有機電界効果トランジスタ / 非線形素励起 / 導電性高分子 / 理論計算 |
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| Research Abstract |
本年度は、電場誘起電子スピン共鳴(FI-ESR)法を多様な有機トランジスタ（FET）に適用し、以下の成果を挙げた。
1.ペンタセン、及び導電性高分子P3HTのFETの動作状態（ソース-ドレイン電圧印加状態）において、チャネル内のキャリヤ濃度の変化を高精度に評価した。電圧印加に伴い、キャリヤ濃度はFETの線形領域でほぼ線形的に減少し、ピンチオフ点で約70％に達した後、飽和領域では一定となった。この結果は、FETの標準理論であるグラジュアルチャネル近似に移動度のキャリヤ濃度依存性を取り入れたモデルでよく説明され、有機FETの動作機構をミクロな観点から裏付けた。
2.イオン液体を絶縁膜に用いたFETを作製し、有機半導体への高濃度のキャリヤ注入を行った。P3HTのFETでは、高濃度注入に伴い熱活性ホッピング的な伝導機構から、可変領域ホッピング（VRH）に変化することが明らかになった。一方、FI-ESR測定からは、固体絶縁膜デバイスの結果から予想されていた、高濃度注入に伴うスピンを持たないバイポーラロン（ポーラロン対）の生成が示された。また、ESR線幅の角度依存性から、高濃度注入されたスピン間に2次元的な磁気双極子相互作用が働くことが明らかになり、結晶性の高いラメラ構造とよく符合した。さらに、ルブレン単結晶FETへの高濃度注入も進め、高移動度を反映したESR線幅の顕著な尖鋭化効果を観測した。
その他、高移動度分子C8-BTBTのFI-ESRでは、g値やスピン濃度の顕著な電圧依存性を見出すとともに、導電性高分子PCDTBT/可溶性フラーレン（PCBM）複合体における両極性FET特性を観測した。さらに、密度汎関数法を用いたg値の理論計算、及び、分子動力学法を用いたP3HTの界面配向に関するシミュレーション等を行い、有機FET界面における構造ならびに電子・スピン状態の理解を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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