有機超伝導薄膜からのコヒーレント光超放射に関する研究

有机超导薄膜相干光超辐射研究

基本信息

批准号：
14750006
负责人：
上野啓司
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,レーザーのような「コヒーレント光放出素子」を,無機化合物半導体ではなく,有機半導体を材料として用いて実現することを目標とする。具体的には,超伝導状態の有機単結晶薄膜内におけるコヒーレントな電子/正孔各クーパー対の再結合による自然放射,「超放射」を利用してコヒーレント光放出を行う,というものである。本研究では有機薄膜への電子・ホールの両電荷を注入し,超伝導状態で再結合させることによって超放射を実現することを目指しているが,そのための電荷注入方法として有機電界効果トランジスタ(FET)を形成する必要がある。本年度はこの有機FETの低電圧動作,及び高効率な電荷注入を実現することを目指し,前年度から試みている陽極酸化法による五酸化タンタルゲート絶縁膜作製法の改良を行った。実験の結果,Ta板を濃硫酸・フッ酸混液中で電解研磨することにより表面を数nm以下のレベルで平坦化することに成功した。そしてその表面を陽極酸化することにより,昨年度よりもはるかに高い耐電圧性を有する酸化膜の形成を実現した。その結果,五酸化タンタルゲート酸化膜上に形成したペンタセンFETは,導電性Si/SiO_2基板上に形成したものと同程度までゲート電圧を加えることが可能であった。これにより,五酸化タンタルが二酸化珪素より誘電率が高い分(SiO_2:ε=4,Ta_2O_5:ε=27),これまでより数倍の星の電荷を有機薄膜に注入することに成功している。このように多量の電荷を有機薄膜中に注入することにより,化学ドープでは得られなかった物性変化を,FET電荷注入によって発現できることが期待される。

这项研究的目标是使用有机半导体代替无机化合物半导体来实现激光器等“相干发光器件”。具体来说，相干光发射是通过利用“超辐射”来进行的，“超辐射”是由超导有机单晶薄膜内相干电子/空穴库珀对的重组引起的自发辐射。在这项研究中，我们的目标是通过将电子和空穴电荷注入有机薄膜并在超导状态下重新组合来实现超辐射。今年，为了实现该有机FET的低电压工作和高效电荷注入，我们改进了去年以来一直在尝试的阳极氧化法制造五氧化二钽栅极绝缘膜的方法。经过实验，我们通过在浓硫酸和氢氟酸的混合溶液中进行电解抛光，成功地将Ta板的表面平坦化至几纳米或更小的水平。通过对表面进行阳极氧化处理，我们能够形成比去年耐压更高的氧化膜。结果，形成在五氧化二钽栅极氧化膜上的并五苯FET可以施加与形成在导电Si/SiO_2衬底上的栅极电压相同程度的栅极电压。结果，由于五氧化二钽具有比二氧化硅更高的介电常数（SiO_2：ε=4，Ta_2O_5：ε=27），我们成功地向有机薄膜中注入了比以前多几倍的星电荷。通过以这种方式将大量电荷注入有机薄膜，有望通过FET电荷注入实现化学掺杂无法获得的物理性质的变化。