Observation of oriented organic semiconductor using Photo-Electron Emission Microscope (PEEM) with polarized synchrotron

光電子顕微鏡(PEEM)法を用いた有機半導体薄膜の分子配向の観察

関口 哲弘  ; 馬場 祐治  ; 平尾 法恵; 本田 充紀   ; 和泉 寿範; 池浦 広美*

Sekiguchi, Tetsuhiro; Baba, Yuji; Hirao, Norie; Honda, Mitsunori; Izumi, Toshinori; Ikeura, Hiromi*

分子配向は有機半導体材料の様々な性能を制御する上で重要な因子の一つである。一般に薄膜材料は様々な方向を向く微小配向領域の混合状態となっている。したがって、各々の微小領域において配向方向を選別して顕微分光観測できる手法が望まれてきた。我々は、光電子顕微鏡(PEEM)法と直線偏光性をもつ放射光X線や真空紫外(VUV)光を組み合わせる装置の開発を行っている。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)導電性ポリマー薄膜を溶液法により作製し、偏光放射光励起によるPEEM像の観測を行った。また様々な偏光角度のUV照射下におけるPEEM像を測定した。放射光励起実験において各微小領域の硫黄S 1s励起X線吸収スペクトルが得られ、微小領域におけるポリマー分子配向の情報を得ることができた。またUV励起実験においては、偏光角度に依存して異なる微結晶層を選択観測することに成功した。実験結果はポリマーの特定の分子軸へ向いた配向領域だけを選択的に顕微鏡観測できることを示唆する。

The molecular orientation is one of the important factors for controlling various properties in organic semiconductor materials. Films are usually heterogeneous. Thus they exist as a mixture of microscopic domains which have a variety of orientation directions. Therefore, it is essential to observe selectively microscopic domains with different orientation direction. In this work, we have developed the photoelectron emission microscopy (PEEM) system combined with the linearly polarized vacuum ultraviolet (VUV) light or synchrotron radiation (SR) X-rays. PEEM images (FOV = ca.50 micro m) for poly(3-hexylthiophene), P3HT thin films were observed under the UV irradiation with various polarization angles, including in-plain and out-of-plain polarization. Morphologies at some bright parts are different each other. The resultant observation suggests that it enables us to distinguish oriented micro-domains with specific directions of polymer chain axis from other amorphous parts.