有機トランジスターにおける有機/電極界面制御による新機能の発現

有機半導体デバイスにおいて,金属電極と有機半導体の接合界面の構造および電子状態は,デバイス特性に極めて重要な影響を与える。本研究では,金属/分子接続界面におけるキャリア注入特性に注目し、界面の制御手法の確立と新しい素子の開発を目的とする。具体的には(1)金属電極表面の構造、凹凸を制御し、キャリア注入特性との関連を明らかにし、(2)正孔・電子の注入バランスを制御して、高輝度発光型トランジスターの実現を目指す。さらに(3)スピンの注入の可能性を探り,スピントロニクスデバイスへの発展を探る,ことを目的とした。発光トランジスターに関しては,単分子層の非常に薄い膜をチャンネルとする有機トランジスターからの発光を確認し,キャリアの注入効率との関係を明らかにした。さらに,金属電極への電流注入によるプラズモンの励起とそのエネルギー移動に基づく有機分子からの発光を確認した。プラズモンの励起を利用することにより,チャンネル内に挿入した金属線や金属微粒子からの発光が観察され,新しい発光トランジスターとしての可能性を示した。有機材料へのスピン注入においては,ハーフメタル酸化物を電極、とし,有機材料を挟む構造を作製することによりスピンバルブ特性を確認した。酸化物の作製条件を最適化することにより,原子レベルで平坦な表面を作製し,スピンバルブ特性における有機層の膜厚依存性を議論することを可能にした。有機材料が厚い場合には,有機材料のP型およびN型特性を反映するスピンバルブ特性が得られることを見出した。

有機半導体デバイスにおいて,金属電極と有機半導体の接合界面の構造および電子状態は,デバイス特性に極めて重要な影響を与える。本研究では,金属/分子接続界面におけるキャリア注入特性に注目し、界面の制御手法の確立と新しい素子の開発を目的とする。具体的には(1)金属電極表面の構造、凹凸を制御し、キャリア注入特性との関連を明らかにし、(2)正孔・電子の注入バランスを制御して、高輝度発光型トランジスターの実現を目指す。さらに(3)スピンの注入の可能性を探り,スピントロニクスデバイスへの発展を探る,ことを目的とした。発光トランジスターに関しては,単分子層の非常に薄い膜をチャンネルとする有機トランジスターからの発光を確認し,キャリアの注入効率との関係を明らかにした。さらに,金属電極への電流注入によるプラズモンの励起とそのエネルギー移動に基づく有機分子からの発光を確認した。プラズモンの励起を利用することにより,チャンネル内に挿入した金属線や金属微粒子からの発光が観察され,新しい発光トランジスターとしての可能性を示した。有機材料へのスピン注入においては,ハーフメタル酸化物を電極、とし,有機材料を挟む構造を作製することによりスピンバルブ特性を確認した。酸化物の作製条件を最適化することにより,原子レベルで平坦な表面を作製し,スピンバルブ特性における有機層の膜厚依存性を議論することを可能にした。有機材料が厚い場合には,有機材料のP型およびN型特性を反映するスピンバルブ特性が得られることを見出した。