製造
単結晶の性能を維持、多様な曲面に貼付可能な"歪みセンサー"を実現
原子や分子の集合体構造の一つである単結晶は、結晶格子に原子や分子が周期的に配列した構造を有する。この結晶の周期性を理解し制御することは電子の流れやすさなどの物性に直結する。半導体において、その電子状態を制御するためには不純物ドーピングが不可欠となる。
シリコンウエハーにおける不純物ドーピングは、格子を形成するシリコン原子を別の原子に置き換えることで達成されていた。一方、有機半導体では、ドーピングする際に、ユニークな形やサイズを有する有機半導体分子とドーパント分子を複合化する必要があり、単結晶性が乱れてしまう。印刷できる高速有機集積回路基板や、手の力だけで電気伝導率が約2倍になる高感度の応力センシング材料を作れても、従来ドーピング後に――
単結晶で得られる高い電子性能の維持は不可能だったという。東京大学大学院新領域創成科学研究科およびMIRC、OPERANDO-OIL、WPI-MANA、パイクリスタルの共同研究グループは、印刷法にて製造された大面積・高性能有機半導体単結晶ウエハーの表面に非破壊かつ高選択的に二次元電子系を形成するドーピング手法を新規開発し、金属製との比較で約10倍の感度を有する有機半導体歪みセンサーを実現した。
今回、有機半導体単結晶薄膜とドーパント分子が溶解した溶液を接触させるだけの簡易な手法を用いて、有機半導体の表面に非破壊で高密度に二次元電子系を形成することに成功した。分子が精緻に配列した単結晶性を維持できたことで、有機半導体単結晶が本質的に有する高い歪み応答性を維持したまま、デバイスの低抵抗化が可能になったという。
上記ドーピング手法を用いることで、さまざまな曲面に貼り付けることが可能なフレキシブル歪みセンサーを大量に低コストで製造できるという。JSPS科研費の一環として行われた研究の成果は、ドイツ科学誌電子版「Advanced Science」に掲載された。