東大ら,印刷できるn型有機半導体単結晶を開発

東京大学大,産総研・東大先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ,物質・材料研究機構,筑波大学は,印刷可能かつバンド伝導性を示すn型有機半導体単結晶薄膜を利用し,短波帯に分類される4.3MHzで動作する高速トランジスタの開発に成功した(ニュースリリース)。

有機半導体は軽量性,機械的柔軟性,印刷適合性などの特長から,次世代の有機エレクトロニクスの重要な電子材料として期待されている。一方で,分子間を電子が飛び移る(ホッピング伝導)ことで電気が流れる有機半導体は移動度が低いことが実用に向けての課題だった。

しかし最近では,有機半導体でも無機半導体のようにバンド伝導性を示す物質が開発され,10cm2V-1s-1以上の高移動度が実現されている。高移動度は高速トランジスタに欠かせない重要な特性であるため,これらの有機半導体によって高速有機トランジスタの実用化への期待が高まっている。

しかしながら,このような有機半導体のほとんどが正孔輸送性(p型)であり,低消費電力化に向けた相補型有機デバイスを作製するためには,電子輸送性(n型)有機半導体材料の開発が必要とされていた。n型有機半導体は,p型有機半導体に比べて,大気安定性の確保や,効率良い電気伝導経路の形成が難しいため開発が遅れていた。

今回,研究グループは,同グループが最近開発したn型有機半導体材料が,印刷された単結晶薄膜においてバンド伝導性を示すことを明らかにした。さらに,この単結晶薄膜は,微細加工しても高移動度を示し,大気下,4.3MHzで動作する高速n型有機トランジスタへ応用することに成功した。

これは印刷法・単結晶薄膜を特長としたn型有機半導体で初めての高速トランジスタであり,バンド伝導由来の高移動度により達成できたと言えるという。

研究グループは,今後,プロセス技術の改良による動作周波数帯の拡張や,p型有機トランジスタと組み合わせることにより、高速駆動可能な相補型有機デバイスを作製し,IoT社会の実現に向けたフレキシブルなRFIDタグなどの開発が期待されるとしている。

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