過渡電流法と非線形分光を組み合わせた新規計測技術による有機デバイスの電荷挙動解明

利用瞬态电流法和非线性光谱相结合的新测量技术阐明有机器件中的电荷行为

• 批准号: 20K15359
• 负责人: 片桐 千帆
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15359/
• 关键词: 和周波発生分光; SFG; 非線形光学; 有機エレクトロニクス; 和周波発生分光法; 電界誘起SFG分光法; 有機半導体; 和周波発生分光; SFG; 非線形光学; 有機エレクトロニクス; 和周波発生分光法; 電界誘起SFG分光法; 有機半導体

申請者の資格喪失により2021年6月末で補助事業廃止となったため、その時点までの研究実績をまとめる。本研究では、過渡電流法と和周波（SFG）発生分光法を組み合わせた新たな計測技術を開発し、実動作環境下に置かれたデバイス中での電荷輸送や電荷蓄積挙動の観測を可能にするべく、研究に取り組んできた。初年度は、パルス電圧印加によって観測される過渡電流から電荷移動度や蓄積電荷量を定量的に評価できる過渡電流測定系の立ち上げを行った。酸化アルミニウムと自己組織化単分子膜を組み合わせた薄膜絶縁層を作製、その絶縁層上に成膜した有機薄膜の電気特性解析に過渡電流測定を適用した。その結果、実デバイスと同じ数十ナノメートルの有機膜中における電荷移動度や電荷密度を定量評価することに成功した。次に、蓄積電荷の分極現象に起因した電界誘起SFGスペクトルを計測、スペクトル強度と蓄積電荷量との相関性を検証した。有機トランジスタを駆動させた状態でSFG測定を行ったところ、有機－絶縁層界面の蓄積電荷量の増加に伴うスペクトル増強を観測、これは界面の蓄積電荷によって作られた電界による電界誘起効果によるものである。以上の結果は、電界誘起SFG分光が有機デバイス中の埋もれた界面における電荷蓄積挙動を観測するのに有効な手段であることを示すものである。次年度は、前年度に確立した技術を用いて様々な半導体材料の電気物性や界面特性を評価し、過渡電流法やSFG分光技術の汎用性を検証した。研究継続が可能だった場合、電荷誘起される局所電場をスペクトル強度の変調として捉え、電荷が半導体膜を横断するのにかかる時間を直接測定することで電荷移動度を見積もる解析手法の確立や、過渡電流法で実測した蓄積電荷量とスペクトル強度との関係を定量的に示し、強度変化に定量的尺度を付与することで電界誘起SFG分光による蓄積電荷量の定量解析を実現する予定であった。

由于申请人的资格丢失，该补贴项目于2021年6月底被取消，因此我们将总结到这一点的研究结果。在这项研究中，我们开发了一种新的测量技术，该技术结合了瞬态当前方法和总和频率（SFG）的生成光谱，并一直在研究研究，以便观察位于实际操作环境中的设备中的电荷运输和电荷积累行为。在第一年，我们启动了一个瞬态电流测量系统，该系统允许对电荷迁移率进行定量评估，并从通过应用脉冲电压观察到的瞬态电流中累积充电量。使用氧化铝和自组装单层的组合制造了薄绝缘层，并将瞬时电流测量应用于对绝缘层形成的有机薄膜的电特性分析。结果，我们已经成功地评估了几十纳米作为实际装置的有机膜中的电荷迁移率和电荷密度。接下来，测量由累积电荷的极化现象引起的电场诱导的SFG光谱，并验证了光谱强度与累积电荷量之间的相关性。当进行有机晶体管时进行SFG测量时，观察到光谱增强，因为在有机构造层界面处的累积电荷量增加，这是由于电场引起的电场是由界面处的累积电荷产生的。以上结果表明，现场诱导的SFG光谱是观察有机设备中埋入界面的电荷积累行为的有效手段。在下一个财政年度，我们使用上一个财政年度建立的技术以及瞬态当前方法和SFG光谱技术的多功能性评估了各种半导体材料的电气和界面特性。如果可以进行研究，则计划建立一种分析方法，该方法将直接测量越过半导体膜所花费的时间以估计电荷迁移率，并定量显示了使用瞬态电流方法测量的累积充电量与光谱强度之间的关系，并定量通过电场诱导的SFG光谱型通过量身定量进行量化强度，从而定量地分析了累积的电荷量。