時間分解SHGイメージングによるペンタセンFETへの両極性注入の評価

摘要

一般に有機物を用いたデバイスでは材料をドープせずに用いることが多く、デバイス中のキャリア密度は非動作時においては低いと考えられる。このため、デバイス動作にあたっては、キャリア注入が重要なプロセスとなり、注入にキャリア種を制御することも可能となる。実際に同一の有機材料を半導体層に用いた場合でも、適切な電極を選択することで両極性動作が可能となる例が報告されている。しかし、有機半導体材料では、p型を示すデバイスが大半で、移動度等の特性もp型動作時のほうが良好である。絶縁体表面への電子トラップがn型動作における特性低下の主要因とされるが、両極性動作（特にn型動作）についての研究はまだ始まったばかりであり、さまざまな議論がなされている。そこで、我々はこれまで、有機トランジスタ（OFET）の新規評価法として光第2次高調波発生法（SHG）を提案し、有機FETにおけるチャネル形成や、顕微分光による素子中の電界分布計測について検討してきた。また、新規SHG測定に時間分解分光計測と高感度冷却CCDによるイメージングを組み合わせることで、キャリアがFET素子中を流れる様子を画像化して捉えることにも成功した。これは、注入されたキャリアのデバイス中での振る舞いを詳細に検討する上で非常に有効な手法であると考えている。今回、金電極からペンタセン薄膜への両極性注入に着目し、電子・ホールそれぞれのキャリアについて注入の様子および注入後のキャリアの振る舞いを検討したので報告する。%Ambipolar carrier injection from gold electrode into pentacene was investigated by the time-resolved optical second harmonic generation (TRM-SHG) imaging. For organic electronic devices such as organic field effect transistors, injected carriers dominates the device operation, and thus ambipolar behavior in OFETs was observed by using appropriate electrode metals, i.e. electrons and holes are selectively injected from electrode with small and large work function, respectively. Smoothly hole injection is verified by rapid decrease of the SHG intensity at electrode edge, indicating the absence of injection barrier. In contrast, TRM-SHG results clearly indicated the presence of electron injection from the high-work function metal into electrode. However after injection, motion of the emission band of the SHG stopped in the channel indicating that electrons were trapped in the channel and could not contribute to the conduction.