有機半導体によるUHF帯整流ダイオードの開発~GHz駆動を可能にする有機エレクトロニクスの新展開~

2025-09-20 東京大学,物質・材料研究機構,岡山大学,科学技術振興機構

Web要約 の発言:
東京大学新領域創成科学研究科の研究チームは、有機半導体を用いたUHF帯(300 MHz~3 GHz)整流ダイオードを開発した。従来の有機半導体デバイスは数百MHz程度が限界だったが、新手法により数GHz駆動が可能に。研究では有機分子設計とデバイス構造の最適化を行い、高速応答と高整流特性を実現した。この成果は無線給電やIoTデバイス向けのフレキシブル電子回路に応用でき、低コストかつ持続可能な有機エレクトロニクスの新展開を切り開くものとされる。成果は『Nature Communications』に掲載。

有機半導体によるUHF帯整流ダイオードの開発~GHz駆動を可能にする有機エレクトロニクスの新展開~
開発されたUHF帯で動作する高効率な有機ダイオード

<関連情報>

単層厚のイオン化ドナーによって実現された高分子マイクロ波整流器 Polymeric microwave rectifiers enabled by monolayer-thick ionized donors

Nobutaka Osakabe, Jeongeun Her, Takahiro Kaneta, Akiko Tajima, […] , and Yu Yamashita
Science Advances  Published:19 Sep 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adv9952

Abstract

Solution processing of polymeric semiconductors provides a facile way to fabricate functional diodes. However, energy barriers at metal-semiconductor interfaces often limit their performance. Here, we report rectifying polymer diodes with markedly modified energy-level alignments. The gold electrode surface was treated with a dimeric metal complex, which resulted in a shallow work function of 3.7 eV by forming a monolayer-thick ionized donor layer. When a polymeric semiconductor was coated on the treated electrode, most of the ionized donors remained at the metal-semiconductor interface. The confined ionized donors with the ideal thickness enabled fabrication of a polymer diode with a forward current density of over 100 A cm−2. Furthermore, a power conversion efficiency of 7.9% was observed for rectification at a microwave frequency of 920 MHz, which is orders of magnitude higher than that reported for organic diodes. Our findings will pave a way to solution-processed high-frequency and high-power devices.

0403電子応用
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