塗布で作ったトランジスタがスイッチング特性の理論限界に迫る

ad
ad

半導体界面構築にシャボン膜メカニズムを活用し実現

2020-10-08 東京大学,科学技術振興機構

ポイント

  • 液体を強くはじくフッ素樹脂の表面上に、半導体結晶を高均質に塗布製膜できる新技術を開発。
  • 棒状の有機半導体分子が、半導体溶液による液膜表面で自己整列し薄膜形成する性質を活用。
  • 2ボルト以下の低電圧駆動、オンオフによる履歴なし、理論限界に迫る高急峻スイッチングを示す、塗布型TFTを実現。

東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の北原 暁 大学院生、井上 悟 特任研究員、松岡 悟志 助教、荒井 俊人 講師、長谷川 達生 教授らの研究グループは、液滴を強くはじく基材表面に有機半導体結晶薄膜を塗布形成する新技術を開発し、これにより理論限界に迫る高急峻なスイッチング性能を示す塗布型薄膜トランジスタ(TFT)の開発と動作確認に成功しました。

塗布型有機半導体は、溶剤に溶かして作ったインクを塗って乾かすことで半導体デバイスを簡易に構築できることから、プリンテッドエレクトロニクスを実現するための有力材料として期待されています。そのデバイス高性能化には、撥液性が極めて高いフッ素樹脂などのゲート絶縁層の上に、均質な半導体薄膜を積層して形成したデバイス構造が有利とされています。しかし、高撥液な表面上では、塗布したインクが強くはじかれ丸くなる傾向が強く、従来の塗布法を用いる限り、均質な塗布製膜に不可欠とされる薄い液膜の形成が困難であり、低分子系有機半導体の均質製膜は不可能でした。

そこで本研究では、シャボン膜メカニズムをヒントに、撥液性の高い表面上でも、薄い液膜がはじかれることなく濡れ広がった状態を維持できる新たな仕掛けを考案し、半導体結晶膜の高均質な塗布形成に初めて成功しました。これを用いて作製した塗布型TFTは、2ボルト以下の低電圧で駆動し、オンオフによる履歴がなく、かつ室温動作での理論的限界値に迫る極めて高急峻なスイッチング特性を示す、著しい高性能化を達成できました。

本研究成果は、米国科学誌「Science Advances」に2020年10月7日(米国東部夏時間)掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST「実験・計算・データ科学融合による塗布型電子材料の開発」(研究代表者:長谷川 達生、JPMJCR18J2)、JST 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)(JPMJTR1923)、JSPS 科研費基盤研究A(JP18H03875)、および東京大学大学院工学系研究科 リーダー博士人材育成基金特別助成プログラム(LDPP)による支援を受けて行いました。また本研究で用いた半導体材料の一部は、日本化薬株式会社による提供を受けました。

詳しい資料は≫
<論文タイトル>
“Meniscus-controlled printing of single-crystal interfaces showing extremely sharp-switching transistor operation”
DOI:10.1126/sciadv.abc8847

<お問い合わせ先>
北原 暁(キタハラ ギョウ)
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 大学院生

長谷川 達生(ハセガワ タツオ)
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
科学技術振興機構 広報課

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました