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東大と産総研など、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

発表日:2018年2月3日

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

―印刷できる高速有機集積回路基板―

1.発表者:

竹谷 純一(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 教授

/マテリアルイノベーション研究センター(MIRC) 特任教授 兼務

/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務

/物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 (WPI-MANA)超分子グループ 主席招聘研究員)

 岡本 敏宏(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 准教授

/JST さきがけ研究員 兼任

/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務)

 渡邉 峻一郎(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 特任准教授

/JST さきがけ研究員 兼任

/産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務)

 山村 祥史(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 博士課程 1年)

2.発表のポイント:

◆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が、シリコンなどの無機半導体と比べて、良質な単結晶の大面積作製が困難であり、かつ非常に大きな接触抵抗を持つため、高速な動作が難しいという問題があった。

◆有機半導体インクを用いた簡便な印刷技術によって、わずか数分子層の厚みからなる大面積2次元有機単結晶ナノシートを製膜するプロセスを開発し、同ナノシートを用いた有機電界効果トランジスタ(注1)において、世界最高レベルの応答周波数を達成。高移動度と低接触抵抗を両立できる高性能の有機半導体を実現した。

◆有機半導体による高速演算可能な大規模集積回路応用の可能性を拓くものであり、IoT社会を担う低コストのフィルムデバイスを実現する基盤技術となることが期待される。

3.発表概要:

東京大学大学院新領域創成科学研究科(産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 客員研究員 兼務および物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 超分子グループ 主席招聘研究員)の竹谷純一教授らは、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しました。近年の材料開発の進歩によって実用化の指標となる10cm2/Vsを超える高い電荷移動度(注2)を示す有機電界効果トランジスタの報告が次第に増えており、無線タグなどの高速応答が求められる論理素子への応用が期待されています。しかしながら、有機半導体はシリコンなどの無機半導体に比べ非常に大きな接触抵抗(注3)を持つため、短チャネルのトランジスタの電荷移動度は単結晶本来の値よりも大幅に低下し、応答速度が制限されてしまうという問題がありました。今回、本研究グループで開発されたわずか数分子層の厚みからなる2次元有機単結晶ナノシートは、電極から電荷輸送層へのスムーズな電荷注入が可能になったため、13cm2/Vsの高い電荷移動度に加え、有機電界効果トランジスタとしては最小の47Ωcmの接触抵抗を示すことがわかりました。また、短チャネルのデバイスにおいて世界最高レベルの20MHzの遮断周波数(注4)を実現し、さらには無線タグの商用周波数の13.56MHzを大きく上回る29MHzで応答可能な整流素子を作製することに成功しました。本研究成果は、米国科学雑誌「Science Advances」平成30年2月2日版に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究事業(さきがけ)研究領域「分子技術と新機能創出」(研究総括:加藤 隆史)研究課題「革新的有機半導体分子システムの創出」(研究者:岡本 敏宏 東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 准教授)の一環として行われました。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0470073_01.pdf

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