製造プロセス適性と半導体性能に優れた有機半導体を開発―特異な構造相転移挙動を活用し実現：東京大学/富山高等専門学校/筑波大学ほか
(2020年8月20日発表)
東京大学、富山高等専門学校、筑波大学、北里大学、（国）理化学研究所などの共同研究グループは8月20日、製造プロセスへの適合性に優れ、半導体性能も高い有機半導体を、特異な構造相転移挙動を活用して開発したと発表した。IoT社会のキーデバイスともいえる電子タグやマルチセンサーなどの実用化開発の加速が期待されるという。
有機半導体は有機物製の半導体で、近年有機トランジスタや有機ELなどが実用化されるとともに、半導体性能のさらなる向上や応用デバイス開発の進展に向け、半導体の重要な性能指標である電荷移動度を高めたり、電極からの電荷注入のしやすさを向上させたりするなどの研究が進められている。
ただ、これまで開発されてきた有機半導体分子の多くは、一般的な有機溶媒に対する溶解性が乏しく、適用できる製造プロセスが限られるといった課題があった。
研究グループは、これまで報告されている他の有機半導体に見られない集合体構造間の特異な相転移によって、製造プロセス適性と半導体性能がともに優れる「デシル置換セレン架橋V字型分子（C10-DNS-VW）」と呼ばれる有機半導体を開発した。
大型放射光施設SPring-8で観測したところ、この半導体は高溶解性で電荷輸送に不利な1次元集合体構造と、低溶解性で電荷輸送に有利な2次元集合体構造の異なる2種類の集合体構造を形成することが分かった。
また、これらの集合体構造は、加熱処理により1次元から2次元へ、良溶媒存在下で2次元から1次元に相転移することも分かった。
興味深いことに、蒸着法や塗布結晶化法などの製造プロセスの種類に関わらず、薄膜作製時には電荷輸送に有利な2次元構造が再現性良く得られ、塗布プロセスで得られた単結晶薄膜を用いたトランジスタにおいて、世界最高レベルの電荷移動度や、良好な電荷注入特性、高環境ストレス耐性が認められたという。
これらの成果は今後、プリンテッド・フレキシブルエレクトロニクス分野の技術革新への貢献が期待されるとしている。
