電界効果によりキャリア蓄積した有機薄膜の電子状態とデバイス特性との相関解明

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本年度は、α-セキシチオフェン（α-6T）とp-セキシフェニル（p-6P）薄膜のイオン化エネルギーとその膜厚依存性について大気中光電子収量分光装置を用いて評価を行った。これまで研究を進めてきたペンタセンの結果と比較して、α-6T薄膜では同様の結果が得られた一方、p-6P薄膜では異なる傾向を示す結果が得られた。具体的には、α-6T薄膜のイオン化エネルギーは膜厚が増加するにつれて減少した。一方、p-6P薄膜のイオン化エネルギーは、膜厚が増加するとともに増加し、ペンタセン薄膜やα-6T薄膜における膜厚依存性とは逆方向の変化であった。これら分子の膜厚依存測定から、イオン化エネルギーがいずれの分子においても膜厚に依存することが分かった。有機薄膜トランジスタのオペランド光電子収量分光スペクトルの解析を簡略化するためには、活性層の有機薄膜の層数を1層以下で行うことが望ましいと考えられる。オペランド光電子収量測定に向けて、まずは電圧を印加していない状態においてどこまで評価することが可能か検討した。一例として、ペンタセンとイオン液体との界面におけるペンタセンの状態密度について調べた結果、ペンタセン薄膜上にイオン液体を蒸着するにつれて、ペンタセン薄膜の最高被占分子軌道（HOMO）の状態密度がブロードになるということが分かった。今回の実験では、イオン液体の厚さは最大で5 nmであり、一般的な光電子分光測定では検出困難な薄膜内部の電子状態を評価することができた。また、バンドパスフィルターを用いることで、HOMOのピークトップに対して4桁にわたるレンジでHOMOの裾の状態密度についてもシグナルを検出することができた。そのため、デバイス駆動時のキャリアの数が分子数に対して1%程度となる場合には、その変化を十分捉えることができる準備が整った。