ハロゲンドープによるペリレンカチオン形成過程におけるエネルギー準位シフト

点击翻译按钮获取中文摘要

近年有機半導体の性能向上のためキャリアを増大させる目的でのドーピングが再注目されている。有機半導体へのドーピングはドーパント分子との間の電荷移動によってなされるが、電子やホールを独立したキャリアとして機能させるためには、整数電荷移動機構とよばれるイオン化機構であることが望まれる。この描像では各分子間の電子状態の混合は少なく、分子軌道が独立している状況を想定しており、ドーピングによって生じたホールや電子は分子軌道間をホッピングによって移動すると考えられている。ホールドープの場合、分子の最高被占有軌道(highest occupied molecular orbital, HOMO)の電子がドーパントによって引き抜かれsingly unoccupied molecular orbital (SUMO)が生じカチオンとなる。本研究は炭素K吸収端X線吸収分光によってSUMO準位を直接観察し、ホッピング障壁となる周囲の分子のHOMO準位とのエネルギー差を解析することを目的としている。金単結晶表面においてペリレン単分子層に臭素をドープしたところ金基板のフェルミ準位直上に位置すると考えられるSUMO準位を観測した。角度分解光電子分光により、single occupied molecular orbital (SOMO)やイオン化していない分子のHOMO軌道に帰属できる電子が結合エネルギー1.1～1.5 eV程度に観測された。金表面でのイオン化は金に直接結合した臭素による仕事関数の上昇が引き起こしていると考えられる。そこで臭素の状態をさらに詳細に解析するためK吸収端近傍X線吸収微細構造分光法による解析を行った結果、金属表面と吸着している臭素に特徴的な1s→4p遷移が観測された。