電子デバイスへ向けたナノ空間物質の研究

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有機半導体は軽量で大面積なフレキシブル電子デバイスの材料として期待されている。特に、分子の発光効率の高さから、発光素子への応用が盛んに研究されている。我々は、なかでも有機半導体を用いた電流励起レーザーを目指した研究を行っている。有機半導体を用いた発光素子のためには半導体内における電子および正孔の蓄積により、p-n接合を作り2個の電極からそれぞれ電子と正孔が注入され、有機半導体内を伝導して再結合する必要がある。我々は、有機半導体内に電子および正孔を蓄積する方法として、キャパシタの原理を用いた電界効果トランジスタ構造を採用した。有機電界効果トランジスタはゲート電圧の符号により、電子も成功も蓄積できることが知られているためである。しかし、有機電界効果トランジスタへの電子および正孔の両方の注入と、それらの伝導はそれぞれ電極界面の接触抵抗と伝導層のキャリアトラップのために難しい。そこで、本研究では有機半導体を真空蒸着法により薄膜化し、ゲート絶縁層と有機半導体層の間に有機分子(アルカン)からなる界面就職層を導入することによりこれらの問題の解決を試みた。その結果、正孔の伝導を損なうことなく有機電界効果トランジスタで特に問題となる電子のトラップを大幅に低減することに成功した。また、通常は電子を注入するための電極に空気中で不安定なカルシウム等の金属を用いるが、空気中でも安定な金を用いても同等の電子注入が得られることを明らかにした。これらの成果は、空気中で安定な発光素子を実現するための大きなマイルストーンである。