薄膜構造・分子配向
Structure of Organic Films
有機分子の形状や分子軌道の形状は異方的です。このことから、有機半導体では固体中での分子の並び方が変わると分子軌道の重なりが大きく変化します。その結果、有機半導体の電子状態も大きく影響をうけます。電子状態・電子構造を調べる上で、有機半導体の構造を詳しく調べることは不可欠です。
Since organic molecules as well as molecular orbitals are largely anisotropic, the electronic structure of organic semiconductor sensitively depends on the geometrical structure of the solid. Organic semiconductors are mostly used in the form of thin films rather than single crystals. It is important to examine the thin film structures of organic materials.
有機半導体デバイスの多くは薄膜で利用されます。また、光電子分光・逆光電子分光の測定試料も多くは薄膜です。このようなことから、薄膜の構造を調べることが重要です。
薄膜の構造といっても、いろいろな構造があります。薄膜が結晶性であれば、薄膜の結晶構造があります。これはX線回折で調べることができます。ただし単結晶ならば単結晶X線結晶構造解析により詳細に構造が決定できるのに対して、薄膜X線回折から得られる情報は限られているため、構造決定が困難な場合が多いです。分光データや理論計算、他の実験データを合わせて解析する必要があります。後に述べる分子配向の情報は有用です。
While the single crystal structure is routinely determined by the single-crystal X-ray structure analysis, determining the crystallographic structure of organic thin films is far more difficult. We determine the structures of organic thin films using thin film X-ray diffraction technique with the aid of simulation and other information obtained by spectroscopy as mentioned below.
一方、有機分子は異方性が高く、分子軌道の重なりに応じて伝導性などの電子物性も大きく変わります。このようなことから薄膜中での分子配向は重要です。有機薄膜（特にポリマー）は結晶性が低かったり、非晶質（アモルファス）のものが多く見られます。このような非晶質の薄膜でも分子配は完全にランダムではなく、ある分布をもって配向していることが多く、分子配向は重要な情報です。分子配向は、結晶性薄膜であれば、X線回折や電子線回折などの回折実験から決定することができます。結晶性が低い場合には、赤外吸収分光法、ラマン分光法、紫外可視分光法やX線吸収端微細構造(NEXAFS)などにより測定します。これらの方法では分子と光の相互作用に異方性があることを利用して分子配向を調べます。
Since organic molecule is anisotropic in its shape, molecular orientation is crucial to the electronic property. The organic films are often amorphous or polycrystalline. The molecular orientation is also important in somehow disordered amorphous films. We examine the molecular orientation in organic thin films using such various available techniques as thin film X-ray diffraction, near-edge X-ray absorption fine structure, UV-visible spectroscopy, infrared absorption spectroscopy.
薄膜の場合には、モルフォロジー(morphology)も重要です。原子間力顕微鏡(AFM)や光電子顕微鏡(PEEM)などの方法で調べています。
Another important structure property of organic thin films is morphology. The morphology is examined by atomic force microscopy (AFM), photoemission electron microscopy (PEEM).
