振動分光法を用いた有機半導体薄膜の化学ドーピングの解明

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有機デバイスに応用される有機半導体の多くは"無ドープ"の状態で用いられ, 基本的には有機材料内にキャリアは存在しておらず, 電極からのキャリア注入によってp及びn型といった電気的特性が決定されると考えられている. これは不純物ドーピングによってキャリアを厳密に制御できる無機半導体と大きく異なる. キャリア注入による電気的特性の制御は, 一般に電極材料や有機半導体を替えることで行われる. キャリア密度や有機半導体の電子構造のより直接的な制御, 特にキャリア注入では実現しにくい領域までキャリア密度を高めるためには, 不純物を有機半導体の中に注入してキャリアを発生させる化学ドーピングが有効である. そこで本研究では, 赤外・ラマン分光を用いて, 代表的な有機半導体であるペンタセンに対してドーピング時の化学的相互作用を解明することを試みた.今回、FeCl_3やテトラフルオロテトラシアノキノジメタン(F4TCNQ)といった電子受容体をドープし、ペンタセンのp型ドーピングを試みた。ラマンスペクトルからFeCl_3のドーピングでは, ドーピング量の増加に伴い, ペンタセンの一価及び二価カチオンを確認できた. ただし二価カチオンは大気中ではペンタセンキノンに変化してしまう. 一方, F_4TCNQをドーピングすると一価カチオンでは説明できないバンドが観測され, またF_4TCNQ自身もアニオンではないスペクトルが観測された・ペンタセンとF_4TCNQでは混合原子価のような状態を形成する可能性がある.