水溶液中で有機半導体を精密にドーピング―フレキシブルデバイスの産業応用を促進へ：物質・材料研究機構ほか
(2023年10月18日発表)
（国）物質・材料研究機構と東京大学、東京理科大学の共同研究グループは10月18日、真空や窒素雰囲気を扱う特別な設備を用いずに、有機半導体を水溶液中で精密にドーピングする基盤技術を世界で初めて開発したと発表した。
ドーピングは材料に不純物を加えて物性を変化させる技術。半導体デバイスの製造にはドーピングが不可欠で、有機半導体の場合には酸化還元試薬を用いる化学ドーピング処理が行われている。
効果的な酸化還元試薬ほど水や酸素と反応しやすいため、真空中や窒素雰囲気で試薬を扱う特別な設備が必要とされる。また、こうした設備を用いてもドーピング量の精度や再現性は低い状態にあり、有機半導体の産業応用に大きな障壁となっていた。
研究グループは今回、水溶液中で有機半導体を精密にドーピングする技術を開発した。大気下・水溶液中でのベンゾキノンとヒドロキノンの酸化還元反応を利用したもので、プロトン共役電子移動（PCET）反応と呼ばれる反応を用いることで達成した。
この方法では、水溶液のpHを調整することにより、有機半導体薄膜の電気特性を正確に制御することができ、電子デバイスの製造に十分なドーピング制御を提供する。
従来技術では大気中の水との反応によってドーピングや酸化還元試薬が失活し、ドーピング量の再現性に問題が生じたが、新技術ではpH制御された水溶液を用いることで失活が著しく抑制された。
今回の研究により、真空や窒素雰囲気を扱う特別な設備を用いず、有機半導体を水溶液中で精密にドーピングする基盤技術が確立されたという。新技術は汎用性があり、センサー、電子回路、太陽電池、ディスプレイなど様々な有機半導体フレキシブルデバイスの産業応用を促進することが期待されるとしている。
