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東大と産総研など、低ノイズの有機トランジスタの作製に成功

発表日:2018年7月18日

世界で最も低ノイズの有機トランジスタの作製に成功

―IoT社会に必須の安価で高感度なセンサーデバイスの実現に向け、大いなる一歩―

1.発表者:

・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)

・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)

2.発表のポイント:

◆有機トランジスタのノイズの原因となるトラップ密度を高感度で定量化する技術を開発しました。

◆単結晶でも残るノイズの原因を突き止め、その原因を取り除くことで、世界で最も低ノイズの有機トランジスタの作製に成功しました。

◆塗布で作製可能な有機トランジスタの低ノイズ化により、IoT 社会を支える安価で高感度なセンサーデバイスの実現が期待されます。

3.発表概要:

東京大学大学院新領域創成科学研究科(JST さきがけ研究員、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)の渡邉峻一郎特任准教授と同大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、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、世界で最も低ノイズの有機トランジスタ(注1)の作製に成功しました。

有機トランジスタには、定常状態においても「わずかな電流の揺らぎ=ノイズ」が必ず存在し、このノイズは信頼性や安定性といった動作性能を低下させる大敵でした。そこでまず、ノイズの精密測定とその原因となる電荷のトラップ(注2)密度の精密評価を可能にする技術を開発しました。そして、有機トランジスタのトラップ密度を丹念に調べました。その結果、有機トランジスタを構成する有機半導体とゲート絶縁体の界面に存在するわずかなポテンシャルの揺らぎに起因して有機半導体にわずかに存在するエネルギー障壁の浅いトラップでさえもノイズの原因になることを突き止めました。そこで、トラップ抑制のため界面に配置した分子膜の品質を上げ、界面を制御してトラップに捕獲されない電荷伝導機構であるバンド伝導性(注3)を高めることで、ノイズを低減し、他の有機トランジスタと比較してノイズレベルが圧倒的に低い有機トランジスタの作製に成功しました。

有機半導体をインクに用いて印刷で作製できる有機トランジスタは、低ノイズ化が進んだことで、IoT(Internet of Things)社会に必須の安価で高感度なセンサーデバイスの実現に大きく貢献するものと期待されます。

本研究成果は、英国科学雑誌「Communications Physics」平成30 年 7 月18 日版に掲載されます。

本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金「単結晶有機半導体中電子伝導の巨大応力歪効果とフレキシブルメカノエレクトロニクス」「有機単結晶半導体を用いたスピントランジスタの実現」(研究代表者:竹谷純一)による研究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/0485530_01.pdf

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