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配向分極した有機薄膜への電荷注入機構の解明とその薄膜のデバイスへの展開

阐明定向极化有机薄膜的电荷注入机制及其在薄膜器件中的应用

基本信息

批准号：
16H06670
负责人：
田中有弥
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-08-26 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は極性分子をドーパントとして利用し，その自発的な配向により発現する分極電荷によって，電極から有機層への電荷注入を高効率化するという素子の設計指針を提案し，その妥当性を検証することである．本年度は，分極電荷による電荷注入効率向上の可否を調べるために，①金属／絶縁層／有機層／上部電極からなる素子における電子注入特性評価，また，共蒸着膜における分極電荷の存在を検証するために，②ケルビンプローブによる極性分子・非極性分子共蒸着膜の表面電位測定の2つの実験を行った．①では有機材料としてAlq3（上部電極界面に正の分極電荷が存在），Al(7-prq)3（負の固定電荷が存在）を用いて評価を行った．両デバイスの静電容量（C）の電圧依存性を調べた結果，Alq3素子では電子注入に伴いCが急峻に増加し（過程I），その後Cは徐々に増加して電子が絶縁層界面に蓄積した（過程II）．一方Al(7-prq)3素子では電子注入に伴いCは緩やかに増加し，そのまま絶縁層界面に蓄積した（過程III）．またこの素子では電子放出の大幅な遅れ（過程IV）も現れた．これらの過程は，正の分極電荷による電子注入の促進（過程I），負の固定電荷による電子蓄積の抑制（過程II），負の固定電荷による電子注入の抑制（過程III），正の固定電荷による電子放出の抑制（過程IV）によると考えられる．②ではAlq3を非極性分子であるCBPにドープし表面電位測定を行った．その結果共蒸着膜においても分極電荷が存在することを見出した．Alq3の濃度を薄めていくと，約45%-90%の範囲で分極電荷密度は100%時よりも大きくなり，さらに薄めると減少した．また濃度が薄いほど配向度が増した．これは高濃度領域では反電場効果によってAlq3の自発分極が抑制されている可能性を示唆している．

The purpose of this study is to propose design guidelines for polar molecules and to demonstrate their appropriateness by using polar molecules and their self-generated alignment to generate polarization charges and charge injection into organic layers of electrodes with high efficiency. This year, the charge injection efficiency of polarization charge can be adjusted upward,(1) the electron injection characteristics of metal/insulating layer/organic layer/upper electrode,(2) the existence of polarization charge in co-evaporated film,(3) the surface potential measurement of polar molecule and non-polar molecule co-evaporated film. 1. Organic materials such as Alq3 (positive polarization charge exists at the upper electrode interface) and Al(7-prq)3 (negative fixed charge exists) are used for evaluation. As a result of adjusting the voltage dependence of the electrostatic capacitance (C) of Alq3, C increases rapidly due to electron injection (process I), and C increases gradually due to electron accumulation at the interface of the insulating layer (process II). When an Al(7-prq)3 electron is injected, C increases slowly and accumulates at the interface of the insulating layer (Process III). A large amount of electrons are emitted from the electrons in the process (process IV). These processes include: promotion of electron injection due to positive polarization charges (Process I), suppression of electron accumulation due to negative fixed charges (Process II), suppression of electron injection due to negative fixed charges (Process III), suppression of electron emission due to positive fixed charges (Process IV). Alq3 is a nonpolar molecule. As a result, the polarization charge of the co-evaporated film is present. The concentration of Alq3 is about 45%-90% and the polarization charge density is about 100%. The concentration is very thin and the alignment is very high. The possibility of inhibition of self-polarization of Alq3 in high concentration region due to anti-electric field effect is shown.