表面分子修飾による強磁性酸化物の伝導特性制御と有機半導体へのスピン注入

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本研究では、自己組織化単分子膜(SAMs)が有する高い被覆率及び大きな永久双極子モーメントに着目し、SAMsをキャリアドープ層兼スピン注入層として導入することによって強磁性半導体CoドープTiO_2の伝導特性制御の実現、及び有機半導体への効率の良いスピン注入の実現を目指している。始めに、これまでに確立したSAMsを形成するための技術と導電性高分子のPEDOT:PSSを用いて界面のバンドアライメントを評価するための技術を組み合わせて、異なる永久双極子モーメントを有するSAMsがPEDOT:PSS/ZnO接合のバンドアライメントに与える影響を検討したが、顕著な効果は観測されなかった。これには用いている有機シラン系のSAMsの配向性が悪いことが原因として挙げられる。現在では分極効果の観点からより有望なカルボン酸系のSAMsを再現性良く形成する手法を確立しており、同SAMsがバンドアライメントに与える影響を引き続き検討する。本研究を遂行する過程で見出した透明な有機ショットキー電極(PEDOT:PSS)をZnOに適用することにより、産業的に極めて重要性の高い高性能紫外線センサーと高移動度電界効果トランジスターを実現することに成功した。特に、Mgを添加してバンドギャップを制御したZnO(Mg_xZn_<1-x>O)とPEDOT:PSSの接合では、Mg組成を制御することによって高い効率を維持したまま応答波長を制御することが可能であり、応用上極めて有用である。また、ショットキー接触を介した電界効果によってZnO/Mg_xZn_<1-x>Oヘテロ構造における量子ホール効果を精密に制御可能であることを初めて見出した。