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東大など、10ナノメートルの極薄有機半導体単結晶膜のウエハーの作製に成功

発表日:2019年11月4日

1,600 個以上の超高移動度印刷有機トランジスタアレイ、実用レベルの均一性と信頼性を達成

―高密度・高信頼性・超低コストの印刷型集積回路事業化へ―

1.発表者:

・熊谷 翔平(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 特任助教)

・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 博士課程学生)

・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/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)

・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)

・伊藤 陽介(パイクリスタル株式会社 CEO)

・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)MANA 主任研究者(クロスアポイントメント))

2.発表のポイント:

◆簡便な印刷法を用いて厚さがわずか 10 ナノメートルの極薄有機半導体単結晶膜のウエハーの作製に成功しました。

◆ウエハー上に作製した 1,600 個のトランジスタが欠陥なく全て駆動し、平均の移動度は実用化の指標となる約 10 cm2/Vs を示すことが分かりました。

◆印刷規模の大面積化による高速有機トランジスタ集積回路の大量生産および社会実装に貢献できることが期待されます。

3.発表概要:

東京大学大学院新領域創成科学研究科、同マテリアルイノベーション研究センター、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(注1)、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)、パイクリスタル株式会社の共同研究グループは、高性能トランジスタとして利用可能な有機半導体ウエハーを簡便な印刷法により作製しました。

有機半導体は軽量性、柔軟性、印刷適合性などの観点から、現状のシリコン半導体に置き換わり、安価に大量生産可能な次世代の電子材料として期待されてきました。この点から、実デバイスに利用できる有機半導体や印刷手法の開発が、長い間進められてきました。

今回、本研究グループは、独自の有機半導体材料と印刷技術を用いることで、分子 3 層分程度の厚みを有する極薄有機半導体単結晶膜の 4 インチ級ウエハーを作製できることを実証しました。このウエハー1 枚から作製された 1,600 個のトランジスタは欠陥なく動作し、平均の電荷の移動度(注2)は実用化の指標となる 10cm2/Vs 以上を示すことを明らかにしました。

従来の有機半導体印刷に比べて、今回の印刷方法では材料消費が極めて少なく、また印刷面積の大規模化においてプロセス時間短縮につながると考えられるため、将来の産業応用を見据える上で大きなコストダウンが見込まれます。

本研究成果は、英国科学雑誌「Scientific Reports」2019 年 11 月 4 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」(研究者代表者:竹谷 純一)及び、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(さきがけ)研究領域「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」(研究総括:谷口 研二、副研究総括:秋永 広幸)研究課題「有機半導体の構造制御技術による革新的熱電材料の創製」(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

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0522586_01.pdf

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