JP2001343318A - Method and device for measuring electron injection energy barrier of interface between metal and organic matter - Google Patents
Method and device for measuring electron injection energy barrier of interface between metal and organic matterInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は有機光エレクトロ
ニクスデバイスに関し、特に金属・有機物界面の電子注
入エネルギーバリアの測定方法及び装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an organic optoelectronic device, and more particularly, to a method and an apparatus for measuring an electron injection energy barrier at a metal-organic interface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、有機物に電界を印加して発光させ
るデバイス、すなわち有機電界発光デバイスの研究開発
が盛んである。このような有機電界発光デバイスのデバ
イス設計においては、電極として用いる金属と有機物と
の界面に生ずるエネルギーバリアの高さを知ることが必
要である。従来は、この種のエネルギーバリアの高さ
は、金属及び有機物の伝導帯の下端のエネルギー位置を
光電子分光法と有機物の光学的吸収端によってそれぞれ
独立に測定し、この二つの測定値の差から推定してい
た。2. Description of the Related Art In recent years, research and development of devices for applying an electric field to an organic substance to emit light, that is, organic electroluminescent devices, have been actively conducted. In the device design of such an organic electroluminescent device, it is necessary to know the height of an energy barrier generated at an interface between a metal used as an electrode and an organic substance. Conventionally, the height of this kind of energy barrier is determined by measuring the energy position at the bottom of the conduction band of metals and organic substances independently by photoelectron spectroscopy and the optical absorption edge of organic substances, and from the difference between these two measured values. Had been estimated.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来法で推定したエネルギーバリア高さは、金属を
有機物に接合した実際のデバイスにおける電子注入エネ
ルギーバリア高さとは異なり、このため、デバイス設計
通りの特性が得られないと言った問題があった。そこ
で、本発明は、金属・有機物接合を形成した後の実際の
デバイスにおける電子注入エネルギーバリア高さを測定
できる方法及び装置を提供することを目的とする。However, the energy barrier height estimated by such a conventional method is different from the electron injection energy barrier height in an actual device in which a metal is joined to an organic material, and therefore, is different from the device design. There was a problem that it was not possible to obtain the characteristics of. Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of measuring the height of an electron injection energy barrier in an actual device after forming a metal-organic junction.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、有機物表面に金属電極を形成されてなる
金属・有機物界面において、金属電極から有機物に界面
を介して電子が注入される際のエネルギーバリアを測定
する方法であって、金属電極に弾道電子を注入し、有機
物の裏面に形成された電極を通して、弾道電子を電流と
して検出する電子回路を構成し、弾道電子のエネルギー
をエネルギーバリアより小さい値から連続的に増大さ
せ、電流が検出される始めるしきい値の弾道電子のエネ
ルギーを、電子注入エネルギーバリアとすることを特徴
としている。上記測定方法において、上記金属電極の厚
さを、好ましくは、この金属の電子の平均自由行程以下
とする。In order to achieve the above object, the present invention relates to a metal-organic interface having a metal electrode formed on the surface of an organic material, wherein electrons are injected from the metal electrode to the organic material through the interface. A method of measuring the energy barrier when a ballistic electron is injected into a metal electrode, and an electronic circuit is configured to detect the ballistic electron as a current through an electrode formed on the back surface of the organic substance, and to measure the energy of the ballistic electron. It is characterized in that the energy of the ballistic electrons at a threshold value at which the current starts to be detected is continuously increased from a value smaller than the energy barrier, and is used as an electron injection energy barrier. In the measuring method, the thickness of the metal electrode is preferably equal to or less than the mean free path of electrons of the metal.
【０００５】さらに、上記測定方法において、走査型ト
ンネル電子顕微鏡の探針と有機物表面に形成された金属
電極の間に電圧を印加することによって発生するトンネ
ル電子を弾道電子とする。また、有機物表面に形成され
た金属電極を第１の電極とし、第１の電極の表面に絶縁
体薄膜を形成し、絶縁薄膜の上に、第二の電極を形成
し、第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加すること
によって発生するトンネル電子を弾道電子とする。さら
に、絶縁体薄膜の厚さが、この絶縁体薄膜の電子の平均
自由行程以下であり、かつ、第１の電極の厚さが、この
第１の電極物質の電子の平均自由行程以下であることを
特徴とする。Further, in the above-mentioned measuring method, tunneling electrons generated by applying a voltage between a probe of a scanning tunneling electron microscope and a metal electrode formed on the surface of an organic material are regarded as ballistic electrons. Further, a metal electrode formed on the surface of the organic material is used as a first electrode, an insulating thin film is formed on the surface of the first electrode, a second electrode is formed on the insulating thin film, and the first electrode is formed. Tunnel electrons generated by applying a voltage between the second electrodes are referred to as ballistic electrons. Further, the thickness of the insulator thin film is equal to or less than the mean free path of electrons of the insulator thin film, and the thickness of the first electrode is equal to or less than the mean free path of electrons of the first electrode material. It is characterized by the following.
【０００６】これらの本発明の測定方法によって、金属
・有機物接合を形成した後の実際の接合における電子注
入エネルギーバリア高さを測定することができる。[0006] According to the measurement method of the present invention, it is possible to measure the height of the electron injection energy barrier in the actual junction after forming the metal / organic junction.
【０００７】さらに、本発明は、有機物表面に金属電極
を形成されてなる有機物・金属界面において、金属電極
から有機物に界面を介して電子が注入される際のエネル
ギーバリアを測定する装置であって、金属電極に弾道電
子を注入し、有機物の裏面に形成された電極を通して、
上記弾道電子を電流として検出する電子回路を有し、弾
道電子のエネルギーをエネルギーバリアより小さい値か
ら連続的に増大させ、電流が検出され始めるしきい値の
弾道電子のエネルギーを、電子注入エネルギーバリアと
することを特徴としている。上記測定装置において、好
ましくは、金属電極の厚さがこの金属の電子の平均自由
行程以下とされる。さらに、走査型トンネル電子顕微鏡
の探針と有機物表面に形成された金属電極の間に電圧を
印加することによって発生するトンネル電子を弾道電子
とする。Further, the present invention is an apparatus for measuring an energy barrier at the time of injection of electrons from a metal electrode to an organic substance through the interface at an organic-metal interface in which a metal electrode is formed on the surface of the organic substance. Inject ballistic electrons into the metal electrode and pass through the electrode formed on the back of the organic material,
An electronic circuit for detecting the ballistic electrons as a current; continuously increasing the energy of the ballistic electrons from a value smaller than the energy barrier; It is characterized by the following. In the above measuring device, preferably, the thickness of the metal electrode is equal to or less than the mean free path of electrons of the metal. Further, tunnel electrons generated by applying a voltage between a probe of a scanning tunneling electron microscope and a metal electrode formed on the surface of an organic material are referred to as ballistic electrons.
【０００８】これらの本発明の装置によって、金属・有
機物接合を形成した後の実際の接合における電子注入エ
ネルギーバリア高さを測定することが可能になる。The apparatus of the present invention makes it possible to measure the height of the electron injection energy barrier at the actual junction after forming the metal / organic junction.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下に、図１〜図６を参照して本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図１はこの発明に
よる金属・有機物界面の電子注入エネルギーバリアの測
定方法の実施の形態を示す構成図である。図１におい
て、１は先端を尖らせた金属又は半導体のトンネル電子
供給用のチップであり、例えば走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）の原子サイズオーダーで先端を尖らせたトン
ネル電子供給用のチップ（探針）である。２は有機物４
に接合した金属電極であり、この金属電極２の膜厚は、
電子がエネルギーを失うことなく通過するように、平均
自由行程以下の膜厚に形成され、例えば、金属電極２が
金（Ａｕ）の場合、この膜厚は約１０ｎｍである。３
は、金属電極２と有機物４との間に形成される、金属・
有機物界面である。金属・有機物界面３に電子注入エネ
ルギーバリアが形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a tip for supplying tunneling electrons of metal or semiconductor having a sharpened tip, for example, a tip for supplying tunneling electrons having a sharpened tip in the atomic size order of a scanning tunneling microscope (STM). Needle). 2 is organic matter 4
And the thickness of the metal electrode 2 is
The film is formed to have a thickness equal to or less than the mean free path so that the electrons pass without losing energy. For example, when the metal electrode 2 is made of gold (Au), the thickness is about 10 nm. Three
Is a metal formed between the metal electrode 2 and the organic substance 4.
It is an organic interface. An electron injection energy barrier is formed at the metal / organic interface 3.
【００１０】５は、チップ１から金属電極２にトンネル
注入され、そのエネルギーを失うことなく接合界面３に
到達する電子、すなわち、弾道電子である。６は有機物
４の裏面に形成した裏面コンタクト用電極である。７
は、電子をトンネル電圧Ｖｔでチップ１から金属電極２
にトンネル注入するための電源であり、チップ１と金属
電極２の間に接続する。８は、裏面コンタクト用電極６
と金属電極２との間に接続した電流計であり、チップ１
から金属電極２にトンネル注入された電子の内、有機物
４を伝導した弾道電子５の量、すなわち、注入弾道電子
電流Ｉｔを測定する。９は、チップ１と電源７の間に接
続され、チップ１から注入した全トンネル電流を測定す
る電流計である。Reference numeral 5 denotes electrons that are tunnel-injected from the chip 1 to the metal electrode 2 and reach the bonding interface 3 without losing the energy, that is, ballistic electrons. Reference numeral 6 denotes a back contact electrode formed on the back of the organic substance 4. 7
Means that electrons are transferred from the chip 1 to the metal electrode 2 at the tunnel voltage Vt.
, Which is connected between the chip 1 and the metal electrode 2. 8 is a back contact electrode 6
And ammeter connected between the metal electrode 2 and the chip 1
Of the electrons injected into the metal electrode 2 by tunneling, the amount of the ballistic electrons 5 transmitted through the organic substance 4, that is, the injected ballistic electron current It is measured. Reference numeral 9 denotes an ammeter connected between the chip 1 and the power supply 7 for measuring the total tunnel current injected from the chip 1.
【００１１】図２は、本発明の測定方法を説明するため
のエネルギーバンド図である。図２において、２１はチ
ップ１の熱平衡状態でのフェルミエネルギーを示し、２
２は電源７のトンネル電圧をＶｔにしたときのチップ１
のフェルミエネルギーを示す。２３はチップ１と金属電
極２との間に形成されるポテンシャルバリアを示す。２
４及び２５は、それぞれ、金属電極２及び有機物４のフ
ェルミエネルギーを示す。２６及び２７は、それぞれ、
有機物４の価電子帯の上端エネルギー及び伝導帯の下端
エネルギーを示す。ｅＶｂは有機物４の伝導帯の下端エ
ネルギー２７とフェルミエネルギー２５とのエネルギー
差、すなわち、電子注入エネルギーバリア高さである。
２８はトンネル電圧がＶｔのときに金属・有機物界面３
に到達した弾道電子５のエネルギーを示している。FIG. 2 is an energy band diagram for explaining the measuring method of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes Fermi energy of the chip 1 in a thermal equilibrium state;
2 is a chip 1 when the tunnel voltage of the power supply 7 is set to Vt.
Shows the Fermi energy of Reference numeral 23 denotes a potential barrier formed between the chip 1 and the metal electrode 2. 2
Numerals 4 and 25 indicate Fermi energies of the metal electrode 2 and the organic substance 4, respectively. 26 and 27 are respectively
The upper end energy of the valence band and the lower end energy of the conduction band of the organic substance 4 are shown. eVb is the energy difference between the bottom energy 27 of the conduction band of the organic substance 4 and the Fermi energy 25, that is, the height of the electron injection energy barrier.
Reference numeral 28 denotes a metal-organic interface 3 when the tunnel voltage is Vt.
Shows the energy of the ballistic electron 5 that has reached.
【００１２】図２（ａ）は、電子注入バリア高さＶｂよ
りもトンネル電圧Ｖｔが小さい場合を示している。チッ
プ１の電子は、トンネル電圧Ｖｔによって加速され、ポ
テンシャルバリア２３をエネルギーを失うことなくトン
ネリングし、金属電極２をエネルギーを失うことなく通
過し、金属・有機界面３に到達するが、この弾道電子の
エネルギー２８は、有機半導体４のフェルミエネルギー
２５よりもｅ・Ｖｔだけ高い。一方、有機物４の伝導帯
の下端エネルギー２７は、有機物４のフェルミエネルギ
ー２５よりもｅＶｂだけ高い。従って、この弾道電子の
エネルギー２８は、有機物４の伝導帯の下端エネルギー
２７よりも低いため、有機物４を伝導しない。この電子
は、金属電極２に接続された電源７に戻る。したがっ
て、トンネル電圧Ｖｔが電子注入エネルギーバリア高さ
ｅＶｂより小さい場合には、電流計８には注入弾道電子
電流Ｉｔが流れない。FIG. 2A shows a case where the tunnel voltage Vt is smaller than the electron injection barrier height Vb. The electrons of the chip 1 are accelerated by the tunnel voltage Vt, tunnel through the potential barrier 23 without losing energy, pass through the metal electrode 2 without losing energy, and reach the metal-organic interface 3. Is higher than the Fermi energy 25 of the organic semiconductor 4 by e · Vt. On the other hand, the bottom energy 27 of the conduction band of the organic substance 4 is higher than the Fermi energy 25 of the organic substance 4 by eVb. Therefore, the energy 28 of the ballistic electrons is lower than the energy 27 at the lower end of the conduction band of the organic substance 4, so that the organic substance 4 is not conducted. The electrons return to the power supply 7 connected to the metal electrode 2. Therefore, when the tunnel voltage Vt is smaller than the electron injection energy barrier height eVb, the injection ballistic electron current It does not flow through the ammeter 8.
【００１３】図２（ｂ）は、電子注入バリア高さＶｂよ
りもトンネル電圧Ｖｔが大きい場合を示している。この
場合には、弾道電子のエネルギー２８が有機物４の伝導
帯の下端エネルギー２７よりも高いため、弾道電子５は
有機物４を伝導し、電流計８には注入弾道電子電流Ｉｔ
が流れる。このように、トンネル電圧Ｖｔと注入弾道電
子電流Ｉｔをプロットすると、注入電流は閾値をもって
立ち上がるため、その閾値に相当するトンネル電圧Ｖｔ
から金属・有機界面の電子注入エネルギーバリア高さｅ
Ｖｂが決定できる。FIG. 2B shows a case where the tunnel voltage Vt is higher than the electron injection barrier height Vb. In this case, since the energy 28 of the ballistic electrons is higher than the lower end energy 27 of the conduction band of the organic substance 4, the ballistic electrons 5 conduct the organic substance 4, and the injected ballistic electron current It
Flows. In this way, when the tunnel voltage Vt and the injected ballistic electron current It are plotted, the injected current rises with a threshold value, so that the tunnel voltage Vt corresponding to the threshold value is obtained.
From the metal-organic interface to the electron injection energy barrier height e
Vb can be determined.
【００１４】図３に、本発明による金属・有機物界面の
電子注入エネルギーバリアの測定方法の実施例を示す。
図３において、横軸はトンネル電圧Ｖｔ（ｅＶ）、縦軸
は電流計８によって測定された注入弾道電子電流Ｉｔで
ある。測定に用いた試料は、金属電極２としてＡｕ、有
機物４として有機電界発光素子の発光材料であるＡｌｑ
3 （８−キノリノール・アルミニウム錯体、図４に分子
構造を示す）を用いている。この試料の場合、注入弾道
電子電流Ｉｔが立ち上がる閾値電圧Ｖｔから電子注入エ
ネルギーバリア高さとして０．５ｅＶが得られた。な
お、チップ１として原子サイズオーダーで先端を尖らせ
たチップを使用すれば、ナノレベルの空間分解能で電子
注入エネルギーバリア高さを測定できる。FIG. 3 shows an embodiment of a method for measuring an electron injection energy barrier at a metal-organic interface according to the present invention.
In FIG. 3, the horizontal axis is the tunnel voltage Vt (eV), and the vertical axis is the injected ballistic electron current It measured by the ammeter 8. The sample used for the measurement was Au as the metal electrode 2 and Alq which was the luminescent material of the organic electroluminescent element as the organic substance 4.
3 (8-quinolinol-aluminum complex, the molecular structure of which is shown in FIG. 4). In the case of this sample, an electron injection energy barrier height of 0.5 eV was obtained from the threshold voltage Vt at which the injection ballistic electron current It rises. If a tip having a pointed tip in the order of the atom size is used as the tip 1, the height of the electron injection energy barrier can be measured with a nano-level spatial resolution.
【００１５】走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）用のチッ
プを使用し、有機・金属界面３の複数の箇所で電子注入
バリア高さＶｂを測定した結果、電子注入エネルギーバ
リア高さは０．４０ｅＶから０．５５ｅＶにわたる様々
な値を示し、電子注入エネルギーバリア高さの極微細空
間分布の測定も可能なことを確認できた。電子注入エネ
ルギーバリア高さの極微細空間分布を直接マッピング
し、界面の電子注入エネルギーバリアの空間的揺らぎも
直接測定できた。また、金属、有機物の種類によらず測
定可能なため、種々の金属・有機物界面に関する電子注
入エネルギーバリアの測定が可能である。Using a tip for a scanning tunneling microscope (STM), the electron injection barrier height Vb was measured at a plurality of locations on the organic-metal interface 3, and the electron injection energy barrier height was 0.40 eV to 0. Various values over 0.55 eV were shown, and it was confirmed that the measurement of the ultrafine spatial distribution of the electron injection energy barrier height was also possible. The ultrafine spatial distribution of the height of the electron injection energy barrier was directly mapped, and the spatial fluctuation of the electron injection energy barrier at the interface was also directly measured. In addition, since the measurement can be performed irrespective of the type of metal or organic substance, it is possible to measure the electron injection energy barrier for various metal-organic interface.
【００１６】つぎに、弾道電子を金属・有機物界面全体
にわたって同時に注入して測定する金属・有機物界面の
電子注入エネルギーバリアの測定方法の実施の形態を説
明する。図５は、このような弾道電子を金属・有機物界
面全体にわたって同時に注入して測定する金属・有機物
界面の電子注入エネルギーバリアの測定方法の実施の形
態の構成図である。図５において、３１は、トンネル電
子を供給するための、金属的に働くｎ型ハイドープシリ
コン基板であり、３２は、ｎ型ハイドープシリコン基板
３１の表面を熱酸化して形成したＳｉＯ2 である。この
ＳｉＯ2 ３２の膜厚は、トンネル電子がエネルギーを失
うことなくトンネリングできる厚さであり、例えば、１
０ｎｍである。この構成は、図１における、チップ１
と、チップ１と金属電極３との間の空間を、それぞれ、
ｎ型ハイドープシリコン基板３１とＳｉＯ2 ３２に置き
換えたものであり、他の構成は図１と同じである。図１
と同一の部材には同一の記号を付して重複説明を避け
る。Next, an embodiment of a method for measuring an electron injection energy barrier at a metal-organic interface, in which ballistic electrons are simultaneously injected over the entire metal-organic interface and measured, will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of an embodiment of a method of measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface in which such ballistic electrons are simultaneously injected and measured over the entire metal / organic interface. In FIG. 5, 31 is an n-type highly doped silicon substrate that functions as a metal for supplying tunnel electrons, and 32 is SiO 2 formed by thermally oxidizing the surface of the n-type highly doped silicon substrate 31. is there. The thickness of this SiO 2 32 is such that tunnel electrons can be tunneled without losing energy.
0 nm. This configuration corresponds to chip 1 in FIG.
And the space between the chip 1 and the metal electrode 3,
It is replaced with an n-type highly doped silicon substrate 31 and SiO 2 32, and other configurations are the same as those in FIG. FIG.
The same members as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be avoided.
【００１７】図５に示す構成において、ｎ型ハイドープ
シリコン基板３１の電子は、トンネル電圧Ｖｔによって
加速され、ＳｉＯ2 ３２が形成するポテンシャルバリア
をエネルギーを失うことなくトンネリングし、金属電極
２をエネルギーを失うことなく通過し、金属・有機界面
３に到達するが、この弾道電子のエネルギー２８が有機
物４の伝導帯の下端エネルギー２７よりも低い場合に
は、図２で説明したように、有機物４を伝導することな
く、この電子は、金属電極２に接続された電源７に戻
る。したがって、トンネル電圧Ｖｔが電子注入バリア高
さＶｂより小さい場合には、電流計８には注入弾道電子
電流Ｉｔが流れない。電子注入バリア高さＶｂよりもト
ンネル電圧Ｖｔが大きい場合は、弾道電子のエネルギー
２８が有機物４の伝導帯の下端エネルギー２７よりも高
いため、弾道電子５は有機物４を伝導し、電流計８には
注入弾道電子電流Ｉｔが流れる。In the structure shown in FIG. 5, the electrons of the n-type highly doped silicon substrate 31 are accelerated by the tunnel voltage Vt, tunnel the potential barrier formed by the SiO 2 32 without losing energy, and cause the metal electrode 2 to have energy. 2 and reaches the metal-organic interface 3. If the energy 28 of the ballistic electrons is lower than the energy 27 at the lower end of the conduction band of the organic substance 4, as shown in FIG. These electrons return to the power supply 7 connected to the metal electrode 2 without conducting the current. Therefore, when the tunnel voltage Vt is smaller than the electron injection barrier height Vb, the injection ballistic electron current It does not flow through the ammeter 8. When the tunnel voltage Vt is higher than the electron injection barrier height Vb, the energy 28 of the ballistic electrons is higher than the lower end energy 27 of the conduction band of the organic substance 4, so that the ballistic electrons 5 conduct the organic substance 4, and Flows through the injected ballistic electron current It.
【００１８】このように、トンネル電圧Ｖｔと注入弾道
電子電流Ｉｔをプロットすると、注入電流は閾値をもっ
て立ち上がるため、その閾値に相当するトンネル電圧Ｖ
ｔから金属・有機物界面の電子注入エネルギーバリア高
さｅＶｂが決定できる。この構成による電子注入エネル
ギーバリア高さｅＶｂの測定方法によれば、有機物４の
表面全体の平均値が得られる。従って、実際のデバイス
動作に直接関係する情報が得られる。As described above, when the tunnel voltage Vt and the injected ballistic electron current It are plotted, the injected current rises with a threshold value.
The electron injection energy barrier height eVb at the metal / organic interface can be determined from t. According to the method for measuring the electron injection energy barrier height eVb with this configuration, the average value of the entire surface of the organic substance 4 can be obtained. Therefore, information directly related to actual device operation is obtained.
【００１９】また、この構成における測定試料の作製工
程においては、まずｎ型ハイドープシリコン基板３１を
酸化して、ＳｉＯ2 ３２を形成し、このＳｉＯ2 ３２の
上に金属電極３を接合し、さらにこの金属電極３上に有
機膜を接合する、といった順序で作製することも可能で
ある。一般に、電子注入バリア高さＶｂは、金属膜に有
機膜を形成した場合と、あらかじめ形成された有機膜に
金属膜を形成した場合とでは、値が異なる。一方、図１
に示した測定方法の場合は、チップ１（端針）を金属膜
３に接近させる必要があるため、測定試料の作製工程
は、あらかじめ形成した有機膜に金属電極を形成する順
序になる。Further, in the manufacturing process of the measurement sample in this configuration, first oxidizing the n-type highly doped silicon substrate 31, to form a SiO 2 32, bonded to the metal electrodes 3 on the SiO 2 32, Furthermore, it is also possible to manufacture the organic film on the metal electrode 3 in this order. In general, the value of the electron injection barrier height Vb is different between a case where an organic film is formed on a metal film and a case where a metal film is formed on a previously formed organic film. On the other hand, FIG.
In the case of the measurement method shown in (1), since the tip 1 (end needle) needs to be brought close to the metal film 3, the process of preparing the measurement sample is in the order of forming the metal electrode on the organic film formed in advance.
【００２０】従って、図５に示した金属・有機物界面の
電子注入エネルギーバリアの測定方法によれば、図１に
示した金属・有機物界面の電子注入エネルギーバリア測
定方法では実現できない金属・有機物作製順序による電
子注入エネルギーバリア高さを得ることができるという
利点がある。なお、ｎ型ハイドープシリコン基板３１は
金属基板でも良く、また、ＳｉＯ2３２は、他の絶縁体
薄膜でも良い。Therefore, according to the method for measuring the electron injection energy barrier at the metal / organic interface shown in FIG. 5, the metal / organic material production order cannot be realized by the method for measuring the electron injection energy barrier at the metal / organic interface shown in FIG. This has the advantage that the electron injection energy barrier height can be obtained. The n-type highly doped silicon substrate 31 may be a metal substrate, and the SiO 2 32 may be another insulating thin film.
【００２１】図６に、図５に示した金属・有機物界面の
電子注入エネルギーバリアの測定方法の実施例を示す。
測定試料は、図３と同様に、有機物４として有機電界発
光素子の発光材料であるＡｌｑ3 を用い、金属電極２と
してＡｕを用いている。注入弾道電子電流Ｉｔが立ち上
がる閾値電圧Ｖｔから電子注入バリア高さとして0.３８
ｅＶが得られている。FIG. 6 shows an embodiment of the method for measuring the electron injection energy barrier at the metal-organic interface shown in FIG.
In the measurement sample, Alq 3 which is a light emitting material of an organic electroluminescent element is used as the organic substance 4 and Au is used as the metal electrode 2 as in FIG. From the threshold voltage Vt at which the injection ballistic electron current It rises, the electron injection barrier height is 0.38.
eV is obtained.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、実際のデ
バイスの金属・有機物界面に、弾道電子を打ち込むこと
により、実際に形成されている電子注入エネルギーバリ
アを実測できるという効果がある。従って、有機電界発
光デバイス等のデバイス設計において、本発明による測
定方法及び装置を用いて求めた正確な電子注入エネルギ
ーバリア値を使用することによって、設計通りのデバイ
スを得ることができる。As described above, the present invention has an effect that an actually formed electron injection energy barrier can be measured by implanting ballistic electrons into a metal-organic interface of an actual device. Therefore, in designing a device such as an organic electroluminescent device, a device as designed can be obtained by using an accurate electron injection energy barrier value obtained using the measuring method and apparatus according to the present invention.
【図１】本発明の金属・有機物界面の電子注入エネルギ
ーバリアの測定方法の一実施の形態の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a method of measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to the present invention.
【図２】図１に示した金属・有機物界面の電子注入エネ
ルギーバリアの測定方法を説明するためのエネルギーバ
ンド図である。FIG. 2 is an energy band diagram for explaining a method of measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface shown in FIG.
【図３】図１に示した金属・有機物界面の電子注入エネ
ルギーバリアの測定方法の実施例を示す図である。FIG. 3 is a view showing an example of a method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface shown in FIG. 1;
【図４】Ａｌｑ3 （８−キノリノール・アルミニュウム
錯体）の分子構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a molecular structure of Alq 3 (8-quinolinol-aluminum complex).
【図５】弾道電子を金属・有機物界面全体にわたって同
時に注入して測定する金属・有機物界面の電子注入エネ
ルギーバリアの測定方法の実施の形態の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an embodiment of a method of measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface by simultaneously injecting and measuring ballistic electrons over the entire metal / organic interface.
【図６】図５に示した金属・有機物界面の電子注入エネ
ルギーバリアの測定方法の実施例を示す図である。6 is a diagram showing an example of a method for measuring an electron injection energy barrier at a metal-organic interface shown in FIG. 5;
１ チップ ２ 金属電極 ３ 金属・有機物界面 ４ 有機物 ５ 弾道電子 ６ 裏面コンタクト用電極 ７ 電源 ８ 注入弾道電子電流Ｉｔを測定する電流計 ９ 全トンネル電流を測定する電流計 ２１ チップの熱平衡状態のフェルミエネルギー ２２ トンネル電圧Ｖｔを印加したときのチップのフ
ェルミエネルギー ２３ 空間のポテンシャル障壁 ２４ 金属電極のフェルミエネルギー ２５ 有機物のフェルミエネルギー ２６ 有機物の価電子帯の上端のエネルギー ２７ 有機物の伝導帯の下端のエネルギー ２８ 弾道電子のエネルギー ３１ ｎ型ハイドープシリコン基板 ３２ ＳｉＯ2 Ｖｔ トンネル電圧 Ｖｂ 電子注入バリア ｅＶｂ 電子注入エネルギーバリア Ｉｔ 注入弾道電子電流 ｅ 電子の電荷REFERENCE SIGNS LIST 1 chip 2 metal electrode 3 metal-organic interface 4 organic matter 5 ballistic electron 6 back contact electrode 7 power supply 8 ammeter for measuring injected ballistic electron current It 9 ammeter for measuring total tunneling current 21 Fermi energy in thermal equilibrium state of chip 22 Fermi energy of tip when tunnel voltage Vt is applied 23 Potential barrier of space 24 Fermi energy of metal electrode 25 Fermi energy of organic substance 26 Energy at the upper end of valence band of organic substance 27 Energy at lower end of conduction band of organic substance 28 Ballistic Electron energy 31 n-type highly doped silicon substrate 32 SiO 2 Vt tunnel voltage Vb electron injection barrier eVb electron injection energy barrier It injection ballistic electron current e electron charge
Claims (8)
金属・有機物界面において、上記金属電極から上記有機
物に上記界面を介して電子が注入される際のエネルギー
バリアを測定する方法であって、上記金属電極に弾道電
子を注入し、上記有機物の裏面に形成された電極を通し
て、上記弾道電子を電流として検出する電子回路を構成
し、上記弾道電子のエネルギーを上記エネルギーバリア
より小さい値から連続的に増大させ、上記電流が検出さ
れ始めるしきい値の上記弾道電子のエネルギーを、上記
電子注入エネルギーバリアとすることを特徴とする、金
属・有機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定方
法。1. A method for measuring an energy barrier when electrons are injected from the metal electrode to the organic substance through the interface at a metal-organic interface formed by forming a metal electrode on an organic substance surface, Injecting ballistic electrons into the metal electrode and forming an electronic circuit that detects the ballistic electrons as a current through an electrode formed on the back surface of the organic material, and continuously converts the energy of the ballistic electrons from a value smaller than the energy barrier. A method of measuring an electron injection energy barrier at a metal-organic interface, wherein the energy of the ballistic electron at a threshold at which the current starts to be detected is used as the electron injection energy barrier.
の平均自由行程以下であることを特徴とする、請求項１
に記載の金属・有機物界面の電子注入エネルギーバリア
の測定方法。2. The metal electrode according to claim 1, wherein a thickness of the metal electrode is equal to or less than a mean free path of electrons of the metal.
5. The method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to item 4.
有機物表面に形成された前記金属電極との間に電圧を印
加することによって発生するトンネル電子を前記弾道電
子とすることを特徴とする、請求項１に記載の金属・有
機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定方法。3. The method according to claim 1, wherein a tunnel electron generated by applying a voltage between a probe of a scanning tunneling electron microscope and the metal electrode formed on the surface of the organic material is the ballistic electron. The method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to claim 1.
の電極とし、この第１の電極の表面に絶縁体薄膜を形成
し、この絶縁体薄膜の上に、第２の電極を形成し、第１
の電極と上記第２の電極の間に電圧を印加することによ
って発生するトンネル電子を弾道電子とする、金属・有
機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定法。4. The method according to claim 1, wherein the metal electrode formed on the surface of the organic material is a first electrode.
An insulating thin film is formed on the surface of the first electrode; a second electrode is formed on the insulating thin film;
A method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface, wherein tunnel electrons generated by applying a voltage between the first electrode and the second electrode are used as ballistic electrons.
膜の電子の平均自由行程以下であり、かつ、前記第１の
電極の厚さが、この第１の電極物質の電子の平均自由行
程以下であることを特徴とする、請求項４に記載の金属
・有機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定法。5. The method according to claim 1, wherein a thickness of the insulator thin film is equal to or less than a mean free path of electrons of the insulator thin film, and a thickness of the first electrode is an average of electrons of the first electrode material. 5. The method for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to claim 4, wherein the measurement is not more than a free path.
金属・有機物界面において、上記金属電極から上記有機
物に上記界面を介して電子が注入される際のエネルギー
バリアを測定する装置であって、上記金属電極に弾道電
子を注入し、上記有機物の裏面に形成された電極を通し
て、上記弾道電子を電流として検出する電子回路を有
し、上記弾道電子のエネルギーを上記エネルギーバリア
より小さい値から連続的に増大させ、上記電流が検出さ
れ始めるしきい値の弾道電子のエネルギーを、上記電子
注入エネルギーバリアとすることを特徴とする、金属・
有機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定装置。6. An apparatus for measuring an energy barrier when electrons are injected from the metal electrode to the organic substance through the interface at a metal-organic substance interface in which a metal electrode is formed on the surface of the organic substance, An electronic circuit for injecting ballistic electrons into the metal electrode and detecting the ballistic electrons as a current through an electrode formed on the back surface of the organic material, and continuously converting the energy of the ballistic electrons from a value smaller than the energy barrier; Wherein the energy of the ballistic electron at a threshold at which the current starts to be detected is used as the electron injection energy barrier.
Measurement device for electron injection energy barrier at organic interface.
の平均自由行程以下であることを特徴とする、請求項６
に記載の金属・有機物界面の電子注入エネルギーバリア
の測定装置。7. The metal electrode according to claim 6, wherein the thickness of the metal electrode is equal to or less than the mean free path of electrons of the metal.
3. An electron injection energy barrier measuring device at a metal / organic interface according to claim 1.
有機物表面に形成された前記金属電極との間に電圧を印
加することによって発生するトンネル電子を前記弾道電
子とすることを特徴とする、請求項６に記載の金属・有
機物界面の電子注入エネルギーバリアの測定装置。8. A tunneling electron generated by applying a voltage between a probe of a scanning tunneling electron microscope and the metal electrode formed on the surface of the organic material is referred to as the ballistic electron. An apparatus for measuring an electron injection energy barrier at a metal / organic interface according to claim 6.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2000166769A JP2001343318A (en) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | Method and device for measuring electron injection energy barrier of interface between metal and organic matter |
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| JP2000166769A JP2001343318A (en) | 2000-06-02 | 2000-06-02 | Method and device for measuring electron injection energy barrier of interface between metal and organic matter |
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2000
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