伝搬型・局在型表面プラズモン共鳴電界増強を利用した高感度有機ホトトランジスタ

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本研究は、表面プラズモン（SPR）の強電界を用いて有機層の光吸収を増強し、高感度な有機薄膜ホトトランジスタを作製することを目的としている。特に、グレーティングカップリングによる金属薄膜上の伝搬型表面プラズモン（PSPR）を利用するとともに、金属微粒子による局在型の表面プラズモン（LSPR）を複合化することで、格段の高感度化を実現することを目指す。アルミナ絶縁層やパッチ状金属膜、デュアルゲート構造の利用、感光性ゲート電極などにより有機層と金属薄膜間距離を大幅に近づけることで、SPRの電界を利用する。この研究により、従来を大きく上回る表面プラズモンの有効利用法を確立し、実用的な高性能光検出素子の実現と普及につなげていく。これまでに、PSPRを利用するためグレーティング構造上にアルミニウム薄膜を堆積した素子について検討を進めてきた。PSPRは、グレーティングベクトルの方向の成分を持つ偏光を入射することで励起することができる。アルミニウム薄膜をゲート電極とするとともに、その上の酸化膜を絶縁層として、活性層にペンタセン、トップ電極に金薄膜を設けた構造とした。光の入射角を変えて測定を行ったところ、入射角を高くするとともにPSPRの効果が大きくなる様子が見られた。また、素子の光反射特性においてPSPRの励起波長は入射角とともに青色領域の波長にシフトすること、また光伝導特性の波長依存性において青色領域で顕著な応答が観測されることも確認した。これより、高角度側の光入射によりペンタセンの光感度が高い青色波長領域でPSPRを励起することで、ホトトランジスタの大きな応答が得られると考えられた。LSPRについても、金微粒子を表面に形成させた素子の特性評価を行い、オフ電流の増加を防ぎつつ金微粒子のLSPRを利用する手法を提案した。