マイクロ波誘電損失法を用いた有機－無機界面電気伝導特性の評価

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有機半導体材料を用いた電界効果トランジスタ(Organic Field Effect Transistor:OFET)の電荷輸送チャンネルは、有機物一絶縁体界面に局在し、この界面は一般に格子欠陥が生じやすく、また擬二次元的であるため僅かな乱れであっても電子状態は局在すると考えられている。それ故、界面上での伝導機構はバルク中とは異なり、界面の影響を大きく反映することが予想される。そこで、FET素子の電気伝導において重要である有機半導体一絶縁体界面に注目し、従来の電極を用いる接触型の手法(Time of Flight法、Field Effect Transistor法)では困難であった界面という限定された領域の移動度を非接触かつ分子レベルで評価が可能な新規手法の開発を行う。具体的には電極を必要としないマイクロ波誘電損失法とFET法の同時測定を可能する測定法、Field Effect Transistor-Microwave Dielectric Loss(FET-MDS)法の開発を目標とした。この手法は、FET駆動中の素子(有機半導体一絶縁体界面には電荷キャリアが蓄積している)に対してマイクロ波を照射することでその誘電損失量の定量を行い、界面の電荷キャリア移動度を求めるというものである。現在時点では、FET-MDS測定のためのFET素子の設計、最適化を行い、実際にFET動作(μ=0.28cm^2V^<-1>s^<-1>)の確認を終えている。また、この素子の誘電損失を定量するマイクロ波空洞共振回路を設計し、組み立てを行った。続いて、FET動作が確認された素子をマイクロ波空洞共振器に挿入し、電界注入後のマイクロ波誘電損失量の定量を行った。その後、移動度、電気伝導度が良く知られている結晶シリコンで校正を行った結果、予備的な値ではあるが界面電荷キャリア移動度は」μ_<FET-MDS>=0.5cm^2V^<-1>S^<-1>と見積もられた。こめ値とFET移動度を比較から、界面の電荷キャリア移動は、不純物、粒界、試料と電極間の電荷注入障壁の影響を大きく受けていることが分かる。