有機単結晶発光トランジスタを用いたギャップ内準位の空間的・エネルギー的可視化

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本研究の目的は、有機単結晶両極性発光トランジスタを用いた有機半導体ギャップ内準位の空間的およびエネルギー的可視化である。有機単結晶両極性発光トランジスタは、単結晶内の任意の位置において擬似的なpn接合を形成し、電流注入による発光を実現出来る極めてユニークなトランジスタである。本研究においては、バンド間遷移だけではなくギャップ内遷移を観測しその発光スペクトルの空間的・エネルギー的解析を通して世界に先駆けて有機半導体ギャップ内準位の空間分布とエネルギー分布をその場観察によって同時に明らかにする事を目標としている。研究目標の達成に向けて解決すべき問題として、具体的に以下の三つの問題があげられる。(1)広範な波長域にわたって高感度な観測を可能にする測定システムの構築(2)高効率発光材料を用いた高性能両極性単結晶トランジスタの作製(3)構築した測定システムを用いたデバイス観測申請時においては、平成22年度には(1)測定システムの構築を、平成23年度には(2)高性能デバイスの作製と(3)ギャップ内準位の空間分解・エネルギー分解および接触抵抗やショットキー障壁の可視化を計画していた。そのため、今年度は可視光および紫外光までの広範な波長域に渡る高感度な発光測定がグローブボックスで行えるシステム構築を行った。これは、光励起だけではなく、電流励起の場合でも高感度な測定を可能にする。当初の目標はここまでであったが、計画を前倒し、高効率発光材料を用いた両極性トランジスタの作製、およびその高性能化にも取り組んだ。具体的には、様々な環境やデバイス構造が特性に与える影響を丁寧に明らかに、より高電流密度下で発光を実現する方法を見出した。さらには、ギャップ内遷移と思われる発光も予備的な実験では観測されており、今後より詳細に明らかにする。