光誘起分極電流で駆動する光電変換素子

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有機光電変換は，低コスト，光センシングの可変性など多くの利点を持つが，有機半導体は大気中での安定性，キャリア移動度の低さなどの欠点がある．そこで，本研究では，金属（M）/絶縁体（I）/半導体（S）/絶縁体（I）/金属（M）からなるMISIM型光電変換セルを対象に研究を進めた．このセルはS/I/Mの界面をキャリアが通過することなく，純粋な分極電流を誘起できる．これまで，材料の最適化が検討されているが，本研究では照射する変調光のON時間とOFF時間の比（duty比）をパラメータとし，MISIM型デバイスの光応答性を検討し，実用化に向けた光電変換の高速化・高効率化の指針を得ることを目的とした．0.2～2.0マイクロsの班にで変調光のON時間とOFF時間を独立に変化させることにより，過渡光電流の立ち上がり時間がduty比（D = ON時間/(ON時間＋OFF時間)）によって30％改善されることがわかった．また，1サイクルで発生する電荷キャリアはD = 0.5で最大となり，変調周波数の増加とともに時間平均が徐々に増加することを明らかにした．これらの特徴は，RC回路の簡易的な理論モデルでよく説明できる．光電変換以外にも，MISIM型デバイスを用いた分極メモリを作製した．このデバイスはバルク分極を起源とする強誘電体とは異なり，I/S界面の界面分極が起源となり分極ヒステリシスを誘発する．よって，分極を持たない常誘電材料を積層し，外部電場を印可するだけで容易に分極メモリ効果が得られる．この素子の分極値はI層の静電容量と相関があり，材料選択により自由に分極値を制御可能だと期待される．分極値の巨大化や分極反転電圧の改善が今後の課題である．