ホーム » 研究内容

研究内容


本研究室では、スタッフと卒業研究生、大学院生が共に考え、協力し合うことで、独創的な研究成果を創出してゆくことを目指しています。


有機半導体関連界面の電子状態の研究 

 身近な有機物は、電気を通さない、所謂「絶縁体」である印象が強いのですが、有機物のなかには、金属のように電気を通したり、低温で超伝導を示すものもあります。また、シリコンのような「半導体」として振る舞う有機物もあり、昨今、新しいエレクトロニクス材料としての可能性が研究されています。
 本研究室では、このような半導体的な電気的な性質を示す有機物「有機半導体」の基本的な性質を探る実験的研究を行っています。
 有機半導体の発見は、今から60年以上も前に遡りますが、近年、有機半導体を用いた各種の光•電子デバイス (有機デバイス: 例えば、有機電界発光素子 (有機LED)や有機太陽電池(OPV)、有機トランジスタ(OFET)など) の研究が盛んになったことで、再び脚光を浴びています。一方で、現在、有機デバイスの実用化に向けた研究が盛んに行われているものの、未だ特性面で従来の半導体デバイスに及ばない点が多く、さらなる基礎研究、応用研究が必要とされています。
 有機デバイスの光学的、電気的特性は、基本的には有機半導体分子そのものの特性によって決定されますが、その他にも有機半導体と電極金属、または性質の違う有機半導体どうしが接する分子スケールでの領域 (界面) の構造や電子状態も大きな決定要因のひとつとなっています。有機デバイスに関連した界面としては、有機半導体/金属界面、有機半導体/有機半導体界面、有機半導体/無機半導体界面、有機半導体/金属酸化物界面などがあります。そのため、有機デバイスの動作原理の解明や高性能化には、界面の微視的な構造や電子状態の解明が鍵と考えられています。
 界面における分子スケールの構造や電子状態を調べることは「物理学」の研究対象であるため、本研究室では、主に表面物理学の実験手法や知識を活かし、有機デバイスに内在するさまざまな界面の素性を明らかにすることで、エレクトロニクスという工学の分野にフィードバックすることを目指しています。


新規有機エレクトロニクス材料の基礎研究
 有機デバイスの活性層は、多くの場合、有機半導体分子が凝集してできた薄膜や単結晶です。シリコンなどを用いた従来の無機半導体デバイスと有機デバイスが異なる点のひとつは、活性層である薄膜や単結晶を構成する基本的なユニットが「分子」であることです。分子は、それ自体が固有の性質を持っており、分子構造によってその性質が大きく異なります。また、薄膜や単結晶の中で、有機分子どうしの相互作用は、無機半導体の固体に比べれば、非常に弱いために、有機半導体固体 (薄膜や結晶) の物理的な性質は、有機半導体分子そのものの性質が強く反映される場合が多いと言えます。そのため、分子そのものの電子状態を明らかにすることは、有機デバイスの性能や性質を理解するだけではなく、新しい有機半導体材料の開発に重要な情報を与えると考えられます。
 そこで、本研究室では、有機エレクトロニクス関連材料の電子状態を明らかにする研究を進めています。最近は、有機半導体に加え、有機ビラジカル分子、イオン液体、金属ナノ粒子、電荷移動錯体、金属酸化物、グラフェン様物質など、有機エレクトロニクスに関連するさまざまな物質の研究も行っています。


新規有機デバイスの開発
 本研究室では、電子状態などの基礎研究によって得られた知見を応用し、実際に新たな有機デバイスを開発する研究を行っています。
 最近では、特に有機ビラジカル分子を用いた高性能の両極性有機トランジスターの開発や高性能化を行っています(大阪大学、産総研との共同研究)。この研究では、エネルギーギャップの小さな有機半導体 (有機ビラジカル) を用いて、n型、p型の両方で動作する両極性有機トランジスターの開発を行っており、有機ビラジカルの純良単結晶の育成や、トランジスターのON/OFF比の向上といった、実用上重要な問題にも取り組んでいます。


金属単結晶表面と有機分子の相互作用の解明
 有機半導体分子が金属表面に吸着した系は、有機デバイスに内在する「電極界面」のモデルです。吸着した分子が、金属の表面電子状態にどのような影響を与えるのかを理解することで、界面における電子状態の成り立ちを知ることができます。我々は、特に、金属単結晶表面に弱く吸着(物理吸着)した有機分子の単分子層が、金属の表面電子系にどのような影響を与えるのか、という問題について、角度分解光電子分光などの表面科学的な手法を用いて取り組んでいます。