東大ら,塗布型電子輸送性有機半導体材料を開発

東京大学,筑波大学,北里大学,産業技術総合研究所(産総研)の研究グループは,高信頼性かつ高移動度,大気,熱,バイアスストレス耐性を併せ持つ実用に耐えうる塗布型n型有機半導体材料の開発に世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

パイ電子系分子からなる有機半導体は,電子と正孔が伝導できる従来の無機半導体とは異なり,一般に正孔が伝導しやすく,これまで多くの正孔輸送性(p型)有機半導体が開発されている。

その中で,昨今の有機半導体の開発により,現在実用的に用いられている無機半導体のアモルファスシリコンよりも1桁以上高い10cm2V-1s-1級の正孔移動度を有する有機半導体が報告されている。

この移動度に加えて,実用に必要な環境ストレス耐性を示す印刷可能なp型有機半導体材料も報告されている。一方で,近未来のIoT社会のキーデバイスである電子タグやマルチセンサーなどのハイエンドデバイスのためには,正孔移動度と同程度の電子移動度に加えて,環境ストレス耐性も併せ持つ電子輸送性(n型)有機半導体の開発が喫緊の課題だった。

研究グループでは,この課題に斬新かつ合理的な分子設計で挑むことで,高移動度と環境ストレス耐性を併せ持つ実用に耐えうる塗布型n型有機半導体である PhC2–BQQDIの開発に世界で初めて成功した。

この優れた半導体性能は,第一に無機半導体に類似したバンド伝導機構に起因するものであることが実験的に示された。また,第二に,有機半導体特有の伝導阻害の主要因である分子間振動が,分子設計により効率的に抑制されたことが,分子動力学計算および伝導計算により実証された。

今回のBQQDI骨格は,高性能,高安定性,さらには高信頼性を有するこれまで前例のないn型有機半導体であり,次世代エレクトロニクスの研究分野および産業の戦略材料になるだけにとどまらず,フレキシブル基板上の曲がるディスプレーから,スマート社会の要素技術である電子タグやマルチセンサー,有機半導体を用いた熱電変換素子や薄膜太陽電池などの開発が急速に加速するため,社会への貢献が大いに期待されるという。

なお,この研究で開発したn型有機半導体材料であるPhC2–BQQDIは,2020年5月上旬に富士フイルム和光純薬から試薬として販売される予定としている。

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