真空蒸着でも印刷でも高性能薄膜を成す、電子輸送性有機半導体にて

PCやスマホなど電子機器にそれが内蔵されている。シリコンを中心とした無機化合物からなり、共有結合によって原子同士が結びついている無機半導体は、極めて高い電荷移動度を示すが重いし硬い。デバイス作製に約300-1000°Cの高温が必要である。

一方、有機半導体は、軽元素で構成されるパイ電子系分子が弱くて可逆的な分子間力で結びついた固体であり、軽量かつ機械的に柔軟である。真空蒸着法でも印刷法でも、無機半導体より遥かに低温で作製可能。生産時のコストや環境負荷を軽減できる。次世代プリンテッド・フレキシブルエレクトロニクスの鍵材料として大変期待されているが、分子軌道を介して電荷輸送されるため、電荷移動度が低いという欠点がある。

分子の集合構造は有機半導体の性能を決定付ける――。分子が非常に規則正しく配列したp型有機半導体単結晶では、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、10cm2 V-1 s-1級の正孔移動度を示すことがわかってきた。同様に電子輸送性(n型)有機半導体の性能向上を目指すうえで、分子構造とその集合構造およびデバイス性能との関係について、正しく理解することが重要だという。

東京大学大学院新領域創成科学研究科筑波大学数理物質系北里大学理学部物理学科および産総研・東大OPERAND-OILの研究グループは、真空蒸着法/印刷法で良質な薄膜が再現性よく生成可能であり、優れた大気安定性と電子移動度を有するn型有機半導体(PhCn-BQQDI)を開発した。そしてその特徴である、硬軟併せもつフェニルアルキル側鎖が、分子集合体構造形成に重要であることを明らかにした。

安価かつ低環境負荷の電子タグ等の開発、エネルギーハーベストや上記次世代材料分野などでも研究開発を加速することが大いに期待されるという。研究グループの成果は「Chemistry of Materials」で公開された。