温度可変角度分解光電子分光による有機半導体中のキャリア伝導機構の解明

有機半導体は結晶の対称性が低く伝導度が低いため、角度分解光電子分光(ARPES)によってバンド分散を測定し、有効質量やキャリアとフォノンの結合定数といった、キャリアの伝導機構の解明に必要なパラメータを調べた研究が少ない。本研究ではDNTTとDPh-BTBTという新規高移動度有機半導体分子について、エピタキシャル薄膜化と面内の結晶配向の制御、およびARPESによるバンド分散測定を行った。まずARPESに必要な、分子の濡れが良く分子が"立った"配向のエピタキシャル単分子膜を成長できる基板として、高い表面エネルギーを持つアルファ相Bi終端化Si(111)面が適していることを見出した。この時基板表面構造の6回対称を反映して6つの結晶配向ドメインが混ざる。そこで4゜微傾斜させたSi(111)を用い、ステップバンチさせて高さ10nmのステップを作り、その上に膜を成長させたところ、単一配向で成長させることに成功した。この時の配向制御のメカニズムとして、ステップ構造のファセット面にSi(331)などの高指数面が出ており、それが異方成長のテンプレートになっている可能性を提唱した。実際にBi終端化Si(331)面でDNTTが単一配向成長することを確認し、ARPES測定からDNTTが500meV幅の大きなバンド分散を持つことを見出し、有効質量などのパラメータを報告した。このBi終端化Si(331)面は分子のπ軌道との相互作用が小さく、高い伝導度を持ち、対称性の低い表面構造を持つという、有機半導体のARPES用試料の基板として理想的な表面であり、今後この面を用いた研究の進展が期待される。

有機半導体は結晶の対称性が低く伝導度が低いため、角度分解光電子分光(ARPES)によってバンド分散を測定し、有効質量やキャリアとフォノンの結合定数といった、キャリアの伝導機構の解明に必要なパラメータを調べた研究が少ない。本研究ではDNTTとDPh-BTBTという新規高移動度有機半導体分子について、エピタキシャル薄膜化と面内の結晶配向の制御、およびARPESによるバンド分散測定を行った。まずARPESに必要な、分子の濡れが良く分子が"立った"配向のエピタキシャル単分子膜を成長できる基板として、高い表面エネルギーを持つアルファ相Bi終端化Si(111)面が適していることを見出した。この時基板表面構造の6回対称を反映して6つの結晶配向ドメインが混ざる。そこで4゜微傾斜させたSi(111)を用い、ステップバンチさせて高さ10nmのステップを作り、その上に膜を成長させたところ、単一配向で成長させることに成功した。この時の配向制御のメカニズムとして、ステップ構造のファセット面にSi(331)などの高指数面が出ており、それが異方成長のテンプレートになっている可能性を提唱した。実際にBi終端化Si(331)面でDNTTが単一配向成長することを確認し、ARPES測定からDNTTが500meV幅の大きなバンド分散を持つことを見出し、有効質量などのパラメータを報告した。このBi終端化Si(331)面は分子のπ軌道との相互作用が小さく、高い伝導度を持ち、対称性の低い表面構造を持つという、有機半導体のARPES用試料の基板として理想的な表面であり、今後この面を用いた研究の進展が期待される。