石井研究室は、学生・スタッフが集まり2007年4月から本格的な活動を始めた 新しい研究室です。現在、以下のようなテーマに関して研究活動を進めています。

有機エレクトロニクス素子の動作機構・デバイス物理の解明

 有機分子を活用するエレクトロニクスの研究が盛んですが、その動作原理やデバイス物理に関しては、これまで無機半導体の考え方を有機半導体にあてはめて議論されてきました。しかしながら、例えば、有機分子では電子が局在化しやすいことなど、有機分子特有の性質を考慮すべき点が少なくなく、有機半導体の特性を考慮したデバイス物理を確立してゆくことが重要です。我々の研究室では、以下のような手法を開発、適用して、有機半導体のデバイス物理の解明を目指して研究を進めています。

変位電流法による有機エレクトロニクス素子の研究

 我々の研究室では、特に、素子中のキャリアの挙動を探る手法である変位電流評価法の開発を進めてきました。この手法を用いると、キャリアの注入特性、キャリアの空間分布、トラップ特性、素子中の分極特性、などなど、素子を理解する上で重要な情報が得られることがわかってきました。具体的には、有機トランジスターの動作機構、ドーピング特性、また、有機電界発光(EL)素子の界面特性、キャリアの挙動と素子劣化の関連などに着目して研究を進めています。

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大気中でも真空中でも動作する光電子収量分光法(PYS)による界面電子構造の研究

 有機エレクトロニクス素子の動作を理解するには、素子の界面電子構造を 解明することが重要です。これまでは、真空中で紫外光電子分光(UPS)の測定を 行うことで、界面電子構造が観測されてきました。しかしながら、これまでUPS研究では、 (i)素子が実際に動作する常圧の環境とは異なる超高真空環境での界面電子構造が測定されてきた、(ii)素子で重要な”有機膜上に金属電極を蒸着した界面(Metal on Organic)" の電子構造の観察が容易では無かった、(iii)試料帯電などのために実際のエレクトロニクス素子の界面をすることが容易ではない、などの課題がありました。我々が開発してきた、微少電流計を用いて光電子収量分光測定を行う手法では、これらの問題を克服することが可能です。PYS法で求めた電子構造とそれに対応した素子の電気特性を比較することで、特に、キャリア注入のメカニズムを解明したいと考えています。

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有機単結晶の高純度化への挑戦

 例えば、シリコンがエレクトロニクス材料として花開いている要因の一つに、極めて高純度に精製できるようになった点が上げられます。高純度に精製できるからこそ、有効なドーピングも可能になります。それに対して、有機半導体では、まだまだ十分な試料精製が行われていません。我々は、有機半導体の精製技術や有機単結晶の作成技術を磨き、高純度有機単結晶のデバイスを作成することを目指して研究を進めています。高品質の有機単結晶デバイスを作成することは、素子の一段の高性能化を実現できるほか、デバイスの動作機構を検討する上でも理想的なモデルケースとなります。具体的には、幾つかの種類の精製装置を用いて精製を行い、クロマトグラフィーや蛍光X線などの手法を用いて試料純度を評価すすめています。


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Last-modified: 2018-05-19 (土) 10:42:17 (784d)