Creation of aggregation-induced self-doped organic semiconductors

聚集诱导的自掺杂有机半导体的创建

基本信息

批准号：
21K18209
负责人：
瀧宮和男
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

今年度は、Bpin-DNTTで見られた凝集誘起自発ドープ現象の学理探求を中心に研究を実施した。まず、Bpin-DNTTの溶液、粉末、及びガラス基板上の蒸着薄膜試料についてESR測定を行った。その結果、溶液試料はESR不活性である一方、粉末、薄膜試料では、明確なESRシグナルが観測された。この結果は、溶液中の電気化学測定で見積ったHOMOと薄膜（固体試料）でのIPの値が顕著に異なることと定性的に矛盾しない。さらに大気暴露後の薄膜のゼーベック係数から、キャリア種はホールであることが確認された。以上の結果から、凝集状態でIPが小さくなり大気中で自発的にドープされ（酸化され）、ESR活性なラジカルカチオン種が生成したと考えれば、トランジスタにおけるオフ状態の消失が説明できる。また、膜厚の異なる薄膜試料のESR測定より、シグナル強度が膜厚に依存しないことが確認され、表面のみが酸化されていることも示唆された。これらに加え、薄膜試料を用いたUPSにより電子状態の解析を行った。実験では対照物として無置換DNTTを用い、Bpin-DNTTとの比較を行った。その結果、両者のIPは約0.7 eV異なっており、その内訳は真空準位（0.43 eV）と価電子帯上端のシフト（0.28 eV）から成ることが示された。これを受け、単結晶構造解析で得られた結晶構造を基に作成した結晶表面のモデルを用いた理論計算を行った。DNTTとBpin-DNTTの真空準位の差を見積もるとともに、結晶構造を基にしたバンド計算にてHOMOバンド上端の差を見積もった結果、UPSでの測定値と絶対値は異なるものの同程度のシフトが再現された。これらの結果は、Bpin-DNTTにおける凝集誘起自発ドープ現象はその特徴的な結晶構造に由来すると考えるのが適当であることを示している。

今年，我们进行了研究，重点是BPIN-DNTT中观察到的聚集诱导的自发掺杂现象的理论。首先，在BPIN-DNTT溶液，粉末和玻璃基板上蒸发的薄膜样品上进行了ESR测量。结果，在溶液样品是ESR惰性的同时，在粉末和薄膜样品中观察到清晰的ESR信号。该结果在质量上与通过溶液中电化学测量值估计的薄膜（实心样品）中HOMO和IP值的显着差异一致。此外，已经证实，载体物种是暴露于大气后薄膜的Seebeck系数的孔。从以上结果来看，如果我们认为聚集状态的IP很小，并且在大气中自发掺杂（氧化），并且已经产生了ESR活性自由基阳离子物种，则可以解释晶体管中离子状态的消失。此外，具有不同厚度的薄膜样品的ESR测量结果证实，信号强度不依赖于膜的厚度，这表明只有表面被氧化。除此之外，使用薄膜样品通过UPS分析了电子状态。在实验中，将未取代的DNTT用作对照，并与BPIN-DNTT进行了比较。结果表明，两者的IP差异约为0.7 eV，分解为真空水平（0.43 eV）和价带的顶部边缘（0.28 eV）。为此，使用基于单晶结构分析获得的晶体结构创建的晶体表面模型进行了理论计算。除了估计DNTT和BPIN-DNTT的真空水平之间的差异外，使用基于晶体结构的频带计算估算了同源频带的顶部边缘之间的差异，尽管绝对值与在UPS下测得的差异不同，但复制了相同的移位。这些结果表明，假设BPIN-DNTT中聚集诱导的自发掺杂现象来自其特征晶体结构是适当的。