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JPH0693258A - 有機薄膜素子 - Google Patents

有機薄膜素子

Info

Publication number
JPH0693258A
JPH0693258A JP27119992A JP27119992A JPH0693258A JP H0693258 A JPH0693258 A JP H0693258A JP 27119992 A JP27119992 A JP 27119992A JP 27119992 A JP27119992 A JP 27119992A JP H0693258 A JPH0693258 A JP H0693258A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecule
film
organic
thin film
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27119992A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyuki Naito
勝之 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP27119992A priority Critical patent/JPH0693258A/ja
Publication of JPH0693258A publication Critical patent/JPH0693258A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2102/00Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
    • H10K2102/10Transparent electrodes, e.g. using graphene
    • H10K2102/101Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]
    • H10K2102/103Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO] comprising indium oxides, e.g. ITO
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211Fullerenes, e.g. C60
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30Coordination compounds
    • H10K85/311Phthalocyanine
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

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  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクセプタ性分子の酸化還元の繰り返しによ
る劣化を防止し、素子寿命の長い有機薄膜素子を提供す
る。 【構成】 アクセプタ性分子膜としてのフラーレン分子
の薄膜と、ドナー性分子としてのフラーレン分子よりも
電子親和力が小さい有機分子の薄膜との積層構造を有す
る有機薄膜を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は各種機能素子として用い
られる有機薄膜素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、有機物の超薄膜を用いた各種電子
デバイスの研究が盛んに行われている。例えば、特開昭
52−35587号、特開昭55−17505号、特開
昭57−51781号、特開昭57−196143号、
特開昭59−194393号、特開昭60−23973
9号、特開昭61−37891号、特開昭62−654
77号、特開昭62−229971号、特開昭63−2
95695号、特開平1−243396号、特開平1−
245087号などが知られている。
【0003】これらはアクセプタ性分子やドナー性分子
を含む有機薄膜を備えた有機薄膜素子であり、その多く
はアクセプタ性分子の薄膜とそれより電子親和力が小さ
いドナー性分子の薄膜とのヘテロ接合を利用した素子で
ある。これらの素子はドナー性分子やアクセプタ性分子
の酸化還元による電荷の蓄積や移動、吸収スペクトルの
変化などを利用している。したがって、素子寿命を長く
するためには、酸化還元の繰り返しによりこれらの分子
が劣化しないことが必要である。
【0004】これまで、ドナー性分子については、電子
写真用感光体に用いられる正孔輸送剤の研究から、フタ
ロシアニン類やその他の色素分子など、酸化還元の繰り
返しにより劣化が起こりにくい分子が判明している。し
かし、アクセプタ性分子については、酸化還元の繰り返
しに対して十分に満足できる分子は知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のような理由で、
積層構造を有する有機薄膜を備えた従来の有機薄膜素子
においては、アクセプタ性分子の酸化還元の繰り返しに
よる劣化のために、素子寿命が短くなるという問題があ
った。
【0006】本発明の目的は、素子寿命の長い有機薄膜
素子を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の有機薄膜
素子は、フラーレン分子を含む薄膜と、フラーレン分子
よりも電子親和力が小さい有機分子を含む薄膜との積層
構造を有する有機薄膜を備えたことを特徴とするもので
ある。
【0008】本発明において用いられるフラーレン分子
(C60、C70など)は、球状のクラスタをなしており、
近年サッカーボール状分子として注目されている。これ
らはアルカリ金属やハロゲン元素のドーピングにより、
かなり高い温度で超電導を示すことが報告されている。
また、これらの還元電位は比較的小さく、ベンゾキノン
などと同様のアクセプタ性を有するため、特異な電子物
性や光物性も期待されている。
【0009】フラーレン分子について、サイクリックボ
ルタモグラムで酸化還元のサイクルを測定すると、一般
のアクセプタ性分子に比べて可逆性が高い。したがっ
て、アクセプタ性分子としてフラーレン分子を用いた素
子の寿命は、他のアクセプタ性分子を用いたものよりも
長くなる。また、フラーレン分子は通常の有機物と比較
すると、極めて耐熱性に優れている。したがって、熱に
弱いとされる有機物の欠点を補うことができる。
【0010】フラーレン分子は種々の方法で薄膜化でき
る。例えば、真空蒸着法やMBE法などのドライプロセ
スによって薄膜化できる。また、最近、フラーレン分子
についても、分子レベルでの成膜法としてラングミュア
・ブロジェット(LB)法を適用し、水面上で単分子膜
を形成できることが報告された(ジャーナル オブアメ
リカン ケミカル ソサエティー誌、113巻、627
9頁、1991年)。ただし、形成された単分子膜は極
めて硬く、通常の累積方法ではまだらのある不均一な膜
しか得られない。
【0011】そこで、本発明者らはLB法による成膜条
件について検討した。その結果、水面上の単分子膜の表
面圧のばらつきが20%以下であり、かつ固体基板に移
しとる際に固体基板にかかる動的表面圧が、固体基板の
静止時にかかる静的表面圧の50%以上であれば、良好
なフラーレン分子のLB膜が得られることを見出した。
さらに単分子膜の表面圧のばらつきは5%以下であるこ
とがより好ましい。
【0012】ここで、単分子膜の表面圧は分子の密度の
関数であり、Wilhelmy法などにより極めて簡便
に測定できる。したがって、単分子膜の表面圧を水面上
の複数点、好ましくは4点以上で測定すれば、膜が均一
かどうか判断できる。膜を均一にする具体的な方法とし
ては、極めてゆっくりと膜面積を減少させる、温度を上
げる、ムービングウォールを用いる(シン ソリッド
フィルムズ誌、178巻、175頁、1989年)など
の方法が挙げられる。また、これらの方法を組み合わせ
てもよい。
【0013】このようにして得られた均一な単分子膜を
固体基板上に均一に累積するためには、移しとる際に固
体基板にかかる動的表面圧が、固体基板静止時にかかる
静的表面圧の50%以上、好ましくは90%以上である
必要がある。50%未満では、累積時に分子密度が著し
く低下してしまい、均一な膜を得ることが困難である。
動的表面圧の測定方法は、ラングミュア誌、61巻、1
309頁、1990年に記載されている。動的表面圧を
静的表面圧の50%以上にする具体的な方法としては、
基板を極めてゆっくりと動かす、基板を水平にして累積
時に膜が流動しないようにする、温度を上げる、ムービ
ングウォールを用いるなどの方法が挙げられる。また、
これらの方法を組み合わせてもよい。
【0014】以上の方法を用いることにより、基板上に
形成される単分子膜の欠陥面積を少なくとも5%以下に
することができる。さらに条件を厳しくすることによ
り、欠陥面積をほとんどなくすこともできる。なお、欠
陥面積の測定は走査型電子顕微鏡を用いる方法が簡便で
ある。
【0015】なお、特にLB法によりフラーレン単分子
膜を形成する場合には、他の一般的な分子にLB法を適
用する場合と異なり、フラーレン分子に疎水基を導入す
る必要がないという利点がある。
【0016】以下、本発明に係る各種の有機薄膜素子の
構造および動作原理を簡単に説明する。
【0017】(有機エレクトロルミネセンス素子)蛍光
色素分子を含む発光層と電子輸送層の二層構造からなる
有機薄膜、または正孔輸送層と電子輸送層との間に前記
発光層を有する三層構造もしくはそれ以上の多層構造か
らなる有機薄膜を、少なくとも片方は透明電極である二
つの電極で挟んだ構造を有する。
【0018】いずれの構造の素子でも、電子および正孔
が発光層に注入されて再結合する結果、発光する。電子
輸送層および正孔輸送層は注入確率を増大させる働きを
有する。
【0019】(有機太陽電池素子)可視光線を吸収して
電子と正孔とを生じる色素分子を含む電荷発生層と電子
輸送層との二層構造からなる有機薄膜、または正孔輸送
層と電子輸送層との間に前記電荷発生層を有する三層構
造もしくはそれ以上の多層構造からなる有機薄膜を、少
なくとも片方は透明電極である二つの電極で挟んだ構造
を有する。
【0020】いずれの構造の素子でも、発生した電子お
よび正孔が再結合するのを防止して電荷分離を効率よく
行わせ、光電変換効率を増大させる働きを有する。
【0021】(有機電子写真感光体)導体上に、可視光
線を吸収して電子と正孔とを生じる色素分子を含む電荷
発生層と電子輸送剤を含む電荷輸送層の二層積層が感光
層として設けられた構造を有する。一例として、導体上
に、電荷発生層および正帯電型の電荷輸送層をこの順で
形成した場合について、動作方法を示すと、まず、コロ
ナ放電などにより、輸送層の表面を正に帯電させる。そ
の後、記録光を入射すると、電荷発生層において光が当
たった部分だけ電子と正孔が発生する。そして、発生し
た電子が効率よく表面に輸送され、正電荷が打ち消され
る。したがって、例えばトナーを予め正に帯電させてお
けば、光が当たった部分にだけトナーが付着し、得られ
たトナー像を紙に印刷することができる。
【0022】(有機整流素子)正孔輸送層(P型半導
体)と電子輸送層(N型半導体)の二層構造からなる有
機薄膜を二つの電極で挟んだ構造を有する。
【0023】この素子では、無機半導体のPN接合と同
様に、電子および正孔のみが輸送されることから整流作
用が生じる。なお、無機半導体と同様に、正孔輸送層に
アクセプタ性分子を、電子輸送層にドナー性分子を少量
ドーピングすることにより、電流密度を増大させること
ができる。
【0024】(有機光素子)電子と正孔とを生じる色素
分子を含む電荷発生層とアクセプタ性分子層の二層構造
からなる有機薄膜、またはドナー性分子層とアクセプタ
性分子層との間に電荷発生層を有する3層構造もしくは
それ以上の多層構造からなる有機薄膜を有する。
【0025】この素子では、光を照射することにより発
生する膜電圧を利用して、情報の記憶および輸送、液晶
のスイッチング、非線形光学効果に基づく光波長変換な
どに適用することができる。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0027】実施例1(有機エレクトロルミネセンス素
子) ITO膜/ガラス基板上に構造式(1)で示されるトリ
フェニルアミン誘導体を50nmの厚さに蒸着した(正
孔輸送層)。その上に、構造式(2)で示されるアルミ
ニウムキノリノール錯体を10nmの厚さに蒸着した
(発光層)。さらに、その上にフラーレン分子C60を5
0nmの厚さに蒸着し(電子輸送層)、3層構造からな
る有機薄膜を形成した。最後に、面積1cm2 のマグネ
シウムおよび銀(原子比10:1)からなる合金電極を
形成した。
【0028】
【化1】
【0029】
【化2】 この有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子)
を作製後直ちに、真空下において、10Vの直流電圧を
印加して初期輝度を測定したところ、1000cd/m
2 の輝度を示した。この素子を連続して動作させたとこ
ろ、輝度が半減するのに15日以上かかった。
【0030】実施例2(有機エレクトロルミネセンス素
子) 構造式(2)で示されるアルミニウムキノリノール錯体
の代わりに、構造式(3)で示されるオキサジアゾール
誘導体を用いた以外は実施例1と同様にして有機エレク
トロルミネセンス素子を作製した。
【0031】
【化3】 この有機EL素子を作製後直ちに、真空下において、1
0Vの直流電圧を印加して初期輝度を測定したところ、
1000cd/m2 の輝度を示した。この素子を連続し
て動作させたところ、輝度が半減するのに15日以上か
かった。
【0032】実施例3(有機エレクトロルミネセンス素
子) フラーレン分子C60の代わりに、フラーレン分子C70
用いた以外は実施例1と同様にして有機エレクトロルミ
ネセンス素子を作製した。
【0033】この有機EL素子を作製後直ちに、真空下
において、10Vの直流電圧を印加して初期輝度を測定
したところ、1000cd/m2 の輝度を示した。この
素子を連続して動作させたところ、輝度が半減するのに
15日以上かかった。
【0034】実施例4(有機エレクトロルミネセンス素
子) フラーレン分子C60の代わりに、フラーレン分子C84
用いた以外は実施例1と同様にして有機エレクトロルミ
ネセンス素子を作製した。
【0035】この有機EL素子を作製後直ちに、真空下
において、10Vの直流電圧を印加して初期輝度を測定
したところ、1000cd/m2 の輝度を示した。この
素子を連続して動作させたところ、輝度が半減するのに
15日以上かかった。
【0036】実施例5(有機太陽電池素子) ITO膜/ガラス基板上に構造式(1)で示されるトリ
フェニルアミン誘導体を50nmの厚さに蒸着した(正
孔輸送層)。その上に、銅フタロシアニンを50nmの
厚さに蒸着した(電荷発生層)。さらにその上に、フラ
ーレン分子C60を50nmの厚さに蒸着し(電子輸送
層)、3層構造からなる有機薄膜を形成した。最後に、
面積1cm2 のアルミニウム電極を形成した。
【0037】この有機太陽電池素子を作製後直ちに、真
空下において、ガラス基板側から400nm以下の紫外
線をカットしたタングステンランプ光を照射し、初期光
電変換効率を測定したところ、1.2〜1.5%を示し
た。この素子を連続して動作させたところ、光電変換効
率は1か月以上経過してもほとんど変化しなかった。
【0038】実施例6(有機太陽電池素子) フラーレン分子C60の代わりに、フラーレン分子C70
用いた以外は実施例5と同様にして有機太陽電池素子を
作製した。
【0039】この有機太陽電池素子を作製後直ちに、真
空下において、ガラス基板側から400nm以下の紫外
線をカットしたタングステンランプ光を照射し、初期光
電変換効率を測定したところ、1.3〜1.5%を示し
た。この素子を連続して動作させたところ、光電変換効
率は1か月以上経過してもほとんど変化しなかった。
【0040】実施例7(有機電子写真感光体) ガラス基板上に形成されたアルミニウム蒸着電極上に、
銅フタロシアニンを分散したポリカーボネートをキャス
トし、厚さ2μmの塗膜を形成した(電荷発生層)。そ
の上に、構造式(1)で示されるトリフェニルアミン誘
導体(正孔輸送剤)およびフラーレン分子C70(電子輸
送剤)をそれぞれ20wt%および10wt%の割合で
相溶したポリカーボネートをキャストし、厚さ2μmの
塗膜を形成し(電荷輸送層)、2層構造の感光層を形成
した。
【0041】この有機電子写真感光体を作製後直ちに、
630nmの単色光(0.4μW/cm2 )を照射した
時の表面帯電電位の減衰を測定した。その結果、正負ど
ちらの帯電に対してもおよそ2cm2 /μJの高感度を
示した。この素子を連続して動作させたところ、特性は
1か月以上経過してもほとんど変化しなかった。
【0042】実施例8(有機整流素子) ガラス基板上に形成されたアルミニウム蒸着電極上に、
構造式(1)で示されるトリフェニルアミン誘導体を2
0nmの厚さに蒸着した(正孔輸送層)。その上に、フ
ラーレン分子C60を20nmの厚さに蒸着し(電子輸送
層)、2層構造からなる有機薄膜を形成した。最後に、
面積1cm2 のアルミニウム上部電極を形成した。
【0043】この有機整流素子を作製後直ちに、真空下
において、光を遮断して電流−電圧特性を測定したとこ
ろ、上部電極を負にしたときに電流が流れる整流特性が
得られた。この素子を繰り返し動作させたところ、1万
回以上繰り返しても整流特性はほとんど変化しなかっ
た。
【0044】実施例9(有機光記憶素子) 本実施例では、LB法によりフラーレン単分子膜を形成
した。まず、LB法によるフラーレン単分子膜の成膜条
件について検討した結果を説明する。この実験では、図
5に示すLB成膜装置を用いた。図5において、LBト
ラフ11の内部にはイオン交換樹脂を用いて精製された
水が満たされており、この水面上に単分子膜が展開され
る。この単分子膜は、LBトラフ11上に設けられたバ
リア12により圧縮される。LBトラフ11の中央部上
方には昇降台13が設けられている。この昇降台13上
に表面圧計14が載せられ、さらにこの表面圧計14に
基板20が取り付けられ、基板20を上下させることに
より単分子膜が移しとられる。また、基板20の近傍、
バリア12の近傍およびバリア12に対向するLBトラ
フ11の壁面の近傍の上方にも、表面圧計14が設けら
れ、これらの表面圧計14にそれぞれ単分子膜に接触し
た状態でロ紙15が取り付けられている。これらの機構
により、単分子膜の表面圧をモニターできる。
【0045】まず、2cm×5cmのシリコンウェハを
フッ酸、水の順で洗浄した後、150℃で乾燥させた。
一方、分子量720のフラーレン分子C60をトルエンに
溶解し、0.1mmol/lの展開溶液を調製した。次
いで、LBトラフの水面(水温25℃)上にこの展開溶
液を滴下して単分子膜を形成し、図5の各点に設けられ
た表面圧計により測定される単分子膜の表面圧をモニタ
ーしながら、ゆっくりと単分子膜を圧縮した。シリコン
ウェハ表面での表面圧が25dyn/cmになったとき
の表面圧のばらつきは4%であった。次に、表面圧を保
ちながら、0.1mm/minの速度でシリコンウェハ
を垂直に引き上げ、ウェハ上にC60単分子膜を1層累積
した。このときの動的表面圧は20dyn/cmであっ
た。次に、ウェハを引き下げ、引き上げ、さらに2層の
単分子膜を累積した。この累積膜を電子顕微鏡で観察し
たところ、欠陥面積は0.3%であり、極めて均一な膜
であることがわかった。
【0046】また、フラーレン分子としてC70を用い、
前記と同様にして合計3層の単分子膜を累積した場合に
も、欠陥面積は1%であり、均一な膜であることがわか
った。
【0047】一方、フラーレン分子C60の単分子膜を水
面上で速い速度で圧縮して表面圧のばらつきが40%に
なるようにした以外は前記と同様にして合計3層の単分
子膜を累積した場合、単分子膜が崩壊したと見られる微
小な粒子がところどころ観測された。
【0048】また、前記と同様にフラーレン分子C60
単分子膜を水面上でゆっくりと圧縮して表面圧のばらつ
きが4%になるようにしたが、ウェハを5mm/min
の速度で上下に動かして合計3層の単分子膜を累積した
場合、動的表面圧は3dyn/cmで、得られた単分子
膜では微小な孔が数多く観測され、不均一な膜になっ
た。
【0049】図1に本実施例において作製された有機光
記憶素子の構成を示す。図1において、ガラス基板1上
には、厚さ20nmのITO電極2および厚さ40nm
のSiO2 膜3が形成されている。その上に、LB法に
よりアクセプタ性分子層4、感光性分子を含む電荷発生
層5、ドナー性分子層6および絶縁性分子層7が順次積
層形成され、超格子構造をなしている。さらに、厚さ約
50nmのAl電極8が形成され、このAl電極8は素
子の温度を制御するためにペルチェ素子(図示せず)に
接続されている。
【0050】この有機光記憶素子の超格子構造を構成す
るアクセプタ性分子層4、電荷発生層5、ドナー性分子
層6および絶縁性分子層7は、それぞれLB法により以
下のようにして形成された。
【0051】まず、アクセプタ性分子としてフラーレン
分子C60をトルエンに溶解し、0.1mmol/lの展
開溶液を調製した。LBトラフの水面(水温25℃)上
にこの展開溶液を滴下して単分子膜を形成し、表面圧が
25dyn/cmになるまでゆっくりと単分子膜を圧縮
した。この表面圧を保ちながら、0.1mm/minの
速度でガラス基板を垂直に引上げ、C60単分子膜を1層
累積した。次に、ガラス基板を引き下げ、引き上げて、
さらに2層の単分子膜を累積した。これらの条件は、前
述した実験により良好な累積膜が得られたときの条件と
同一である。
【0052】次いで、感光性分子として構造式(4)で
示される銅フタロシアニン誘導体をクロロホルムに溶解
して、0.2mg/mlの展開溶液を調製した。LBト
ラフの水面上にこの展開溶液を滴下し、単分子膜を形成
した。この分子は、表面圧13dyn/cmで固体凝縮
膜になった。続いて前記と同様な方法により、アクセプ
タ性分子層4の上に、銅フタロシアニン誘導体の2層膜
からなる電荷発生層5を形成した。
【0053】次に、ドナー性分子として構造式(5)で
示されるパラフェニレンジアミン誘導体をクロロホルム
に溶解して、0.5mg/mlの展開溶液を調製した。
LBトラフの水面上にこの展開溶液を滴下し、単分子膜
を形成した。この分子は、表面圧25dyn/cmで固
体凝縮膜になった。続いて前記と同様な方法により、電
荷発生層5の上に、パラフェニレンジアミン誘導体の2
層膜からなるドナー性分子層6を形成した。
【0054】さらに、絶縁性分子として分子量20万の
ポリイソブチルメタクリレートをクロロホルムに溶解し
て、0.2mg/mlの展開溶液を調製した。LBトラ
フの水面上にこの展開溶液を滴下し、単分子膜を形成し
た。この分子は、表面圧13dyn/cmで固体凝縮膜
になった。続いて前記と同様な方法により、ドナー性分
子層6の上に、ポリイソブチルメタクリレートの30層
膜からなる絶縁性分子層7を形成した。
【0055】このようにして形成された多層構造からな
る有機薄膜を、窒素気流下で1晩乾燥させた後、真空蒸
着装置に設置し、3×10-6torrの真空下でAl電
極8を蒸着した。
【0056】
【化4】
【0057】
【化5】 この有機光記憶素子では、光照射により感光性分子であ
る銅フタロシアニン誘導体(4)の電子が励起され、電
子はアクセプタ性分子であるC60のLUMOへ、また正
孔はドナー性分子であるパラフェニレンジアミン誘導体
(5)のHOMOへ遷移して電荷分離される。この電荷
分離状態が、情報の記憶に対応する。
【0058】電荷分離状態は例えば光照射に伴う過渡電
流の大きさを測定することにより検出でき、これによっ
て記憶を読み出すことができる。すなわち、電荷分離が
保たれた状態と電荷分離していない状態とで低エネルギ
ーの読み出し光を照射したときの過渡電流を比較する
と、前者では内部電界が存在するために、後者よりも過
渡電流が小さい。
【0059】実際に、ITO電極2側を正とするバイア
ス電圧を印加しながら、ガラス基板1側からHe−Ne
レーザー光パルス(波長633nm、5mW、パルス幅
1μsec、スポット径0.2mm)を照射し、書き込
みを行った。感光性分子である銅フタロシアニン誘導体
(4)は波長633nmに強い吸収を持つが、アクセプ
タ性分子であるC60、ドナー性分子であるパラフェニレ
ンジアミン誘導体(5)、絶縁性分子であるポリイソブ
チルメタクリレートは強い吸収を持たない。これを室温
下において暗所で一定時間放置した後、弱いレーザー光
パルス(0.5mW)を照射し、過渡電流ピーク値
(A)を測定した。ここで、電荷分離していない場合の
ピーク値をA0 とする。
【0060】図2にA=A0 、すなわち記憶が完全に失
われるまでに要する時間とバイアス電圧との関係を示
す。図3にバイアス電圧0.5VのときのA/A0 の経
時変化を示す。図4にバイアス電圧0.5Vのときに、
記憶が完全に失われるまでに要する時間と温度との関係
を示す。
【0061】図2〜図4から明らかなように、電圧や温
度により記憶の保持時間を制御できる可塑性光記憶素子
が得られていることが確認された。この素子について、
記憶が失われた後に再度情報の書き込みを行う動作を繰
り返したところ、5千〜1万回繰り返しても上述したよ
うな特性はほとんど変化しなかった。
【0062】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、安
定で長寿命の有機薄膜素子を簡便に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例9において作製された有機光記
憶素子の構成図。
【図2】本発明の実施例9の有機光記憶素子について、
記憶が完全に失われるまでに要する時間とバイアス電圧
との関係を示す特性図。
【図3】本発明の実施例9の有機光記憶素子について、
バイアス電圧0.5VのときのA/A0 の経時変化を示
す特性図。
【図4】本発明の実施例9の有機光記憶素子について、
バイアス電圧0.5Vのときに記憶が完全に失われるま
でに要する時間と温度との関係を示す特性図。
【図5】フラーレン単分子膜の成膜条件を検討するため
に用いられたLB成膜装置の構成図。
【符号の説明】
1…ガラス基板、2…ITO電極、3…SiO2 膜、4
…アクセプタ性分子層、5…電荷発生層、6…ドナー性
分子層、7…絶縁性分子層、8…Al電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/91 31/04 33/00 A 7514−4M H05B 33/14 // H01L 39/12 ZAA Z 9276−4M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フラーレン分子を含む薄膜と、フラーレ
    ン分子よりも電子親和力が小さい有機分子を含む薄膜と
    の積層構造を有する有機薄膜を備えたことを特徴とする
    有機薄膜素子。
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