東大，高分子半導体においてバンド伝導を実現

東京大学は，高分子鎖の方向を整列させる新規製膜プロセスと高性能なドナーアクセプター型高分子半導体の利用により，電子が広がった波として振る舞うバンド伝導の実現に成功した（ニュースリリース）。バンド伝導性の確認は移動度の温度依存性やホール効果の測定によって行なわれた。

プリンタブルエレクトロニクスではインクの代わりに金属・半導体・絶縁体からなる電子機能性インクを印刷することによって電子回路を形成する。従来の真空・高温プロセスを多用した製造ラインと比べ，印刷プロセスでは製造時のコストや環境負荷を大幅に低減することができ，更にはプラスチックフィルム上に印刷することでフレキシブルな電子デバイスを実現することも可能となる。プリンタブルエレクトロニクスは，紙のように薄いディスプレイや超低コスト無線タグなどへの応用が期待されている。

インク化が可能な半導体材料としては高分子半導体，低分子半導体，酸化物半導体が知られているが，中でも高分子半導体は印刷技術に最も適している。一方で，性能面においてはこれまで低分子半導体や酸化物半導体に劣るとされてきた。その理由として，一般に高分子半導体においては構造の欠陥や乱れが多く，これまでには専ら電子が局在したホッピング伝導を示す電気特性しか得られていなかったことが挙げられる。そのために，高分子半導体の移動度はせいぜい数cm²/Vs程度に留まると考えられてきた。

今回研究グループは，ドナーアクセプター型高分子半導体を用いてトランジスタ素子を作製し，そのホール効果を測定することにより，高分子半導体において電子が広がった波として振る舞うバンド伝導の実現に初めて成功した。まず，シクロペンタジチオフェン‐ベンゾチアジアゾールコポリマー（CDT-BTZ）を有機溶媒に溶解させてインクとし，それをイオン液体上に展開した後にガラスブレードで一方向に圧縮することにより，高分子鎖の方向が整列した半導体薄膜を得た。

この薄膜を用いて電界効果トランジスタを作製し，超伝導磁石を備えた装置によってホール効果を測定した。その結果，磁場の変化と同期した明瞭なホール電圧の観測に成功し，その大きさはバンド伝導の理論と良く一致した。加えて，温度の低下とともに移動度が上昇するというバンド伝導特有の現象も観測され，確かにバンド伝導であることが裏付けられた。

このようなバンド伝導の実現は，高分子半導体における従来の移動度の理論的な限界を大きく引き上げる結果であり，更なる高移動度化が可能であることを示唆している。研究グループでは，今後，十～数十cm²/Vs程度の高分子半導体材料が開発されることにより，高分子半導体を用いた無線通信タグやウェアラブルコンピュータなどへの応用が期待さるとしている。