キャリア蓄積型・発生型デバイスを目指した高分子半導体/無機ナノ粒子複合薄膜開発

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高分子半導体/無機ナノ粒子間でのキャリアのやり取りを制御することによる新しいデバイスの開発、動作機構の解明を目指し、高分子半導体内に金属あるいは半導体ナノ粒子を分散させた構造を有する二重絶縁型交流駆動有機EL素子と有機メモリをターゲットデバイスとして研究を進めた。有機メモリではパイパーブランチポリマーと金ナノ粒子混合膜を用いた単層型サンドイッチ構造で再現性の良いスイッチングを示す素子作成に成功した。断面電子顕微鏡観察や誘電率の測定から金属ナノ微粒子が電圧の印可によって有機層内部に拡散し、スイッチングの発現に至るという過程が素子化には必要であることがわかった。イオン性不純物の除去によってスイッチングの繰り返しによる電流の変化が抑制され、繰り返し再現性が向上すること、素子面積を100μm角から2mm角まで二桁に渡り順次変化させたところ、オン電流の値はほとんど変化せず、素子面積に依存しないことがわかった。さらに、オン電流は液体窒素温度から室温の範囲で温度依存性がほとんどないことがわかった。このことは、ナノ粒子の配列による電流パスの形成とナノ粒子間のトンネリングという導電メカニズムに合致することが明らかになった。次に、二重絶縁型交流駆動有機EL素子の研究において、ナノ粒子が相分離によって凝集し、発光効率が著しく低下していることがわかった。ナノ粒子をポリマー製膜時に自発的に混合するような手法をとると、良好な発光が得られることがわかり、発光開始電圧を低減させられることがわかった。