有機ｐｎ二成分薄膜の電子構造と電荷分離プロセス

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イオン液体などの電解質溶液がゲート誘電体として用いられている電気二重層トランジスタは、電気二重層形成によって高効率かつ高濃度のキャリア注入が可能であるため、近年注目を集めている。このような系で重要となるのが自然電位である。これは参照電極と作用電極の電位差であり、作用電極のポテンシャルを反映している。自然電位は、電解質溶液の濃度や、電解質の種類によって変化する。これまでの研究では、様々なイオン液体を用いて、自然電位と電気二重層トランジスタの閾値電圧の相関が調べられており、自然電位と閾値電圧には直線的な関係があることが明らかになっている。このことは、自然電位を変化させることにより、電気二重層トランジスタの閾値電圧を制御することができることを示唆している。しかし、単一成分のイオン液体では離散的にしか閾値電圧を制御できず、また、そもそも何がイオン液体の自然電位を決定するかについての議論はなされていなかった。そこで、本研究では、何が電解質溶液の自然電位を決めているのか明らかにすること、電解質溶液を用いてトランジスタの閾値電圧を連続的に制御することを目的とした。電解質溶液の濃度や、2成分系の混合比率は連続的に変化させることが可能であることから、塩化リチウムのポリエチレングリコール(PEG)溶液と、二種類のイオン液体を混合した溶液に着目し、これらの自然電位と電気二重層トランジスタ特性について調べた。PEG溶液と二種類を混合したイオン液体の自然電位はそれぞれ濃度と混合比率の対数に比例したことから、自然電位と化学ポテンシャルの相関が示唆された。また、自然電位と電気二重層トランジスタの閾値電圧には直線的な相関がみられた。濃度や混合比率を変化させることによって、閾値電圧の連続的な制御が可能であることが分かった。イオン液体を用いた場合では最大0.4 Vの範囲で制御が可能であった。