ウエハ級の有機半導体ナノシートを実現

あらゆるモノがネットにつながる「IoT」の活用が広がり始めた現在、有機半導体は簡便な印刷プロセスにより低コストで製造でき、次世代電子材料として注目されている。しかし作製規模や性能において、シリコンなどの無機半導体に劣っていた。

これまでの有機半導体は、シリコン・ウエハとは違い良質な単結晶の大面積作製が困難、かつ非常に大きな接触抵抗を持つために高速動作が難しいものであった。材料開発の急速な進歩、10cm2/Vsを超える高移動度の有機電界効果トランジスタ(OFET)の報告が漸増してきたことにより、無線タグなど高速デバイスへの応用が期待されているものの、短チャネルでは接触抵抗の影響により電荷移動度が大幅に低下する問題があったという。

産総研・東京大学大学院の研究グループは、有機半導体インクを用いた簡便な印刷手法によって、分子スケールで膜厚が制御された厚さ15nm以下の2次元有機単結晶ナノシートを10cm角以上の大面積にわたって作製することに成功。わずか数分子層の厚みからなる同ナノシートは、電極から電荷輸送層へのスムーズな電荷注入が可能となったため、13cm2/Vsの電荷移動度に加え、OFETとしては最小の47Ωcmの接触抵抗を示すことを公表した。

高移動度と低接触抵抗を両立する2分子層有機単結晶ナノシートを用いたOFETにおいて、有機半導体では世界最高クラスの20MHzの遮断周波数を実現した。同デバイスのゲート・ドレイン電極をつなげたダイオードは、最大で29MHzの交流信号を直流電圧に変換できる整流素子として動作することを確認した。これは物流管理などに使われるRFIDタグの通信周波数13.56 MHzより2倍以上大きな値であり、今回作製したデバイスは、無線タグの給電に十分応用可能なレベルに達しているという。

研究成果は米国科学誌「Science Advances」に掲載された。

厚さわずか数分子、2次元有機単結晶ナノシートの大面積成膜に成功

カテゴリー: 情報通信 , 製造   

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