理研ら,両極性動作する有機トランジスタを実現

理化学研究所(理研),自然科学研究機構分子科学研究所,早稲田大学らの共同研究グループは,有機物のモット絶縁体を利用して両極性動作する「モット転移トランジスタ」を実現した(ニュースリリース)。

モット絶縁体とは,伝導電子を持つにもかかわらず,それらが互いに反発して身動きがとれなくなり絶縁体になっている物質のこと。

モット絶縁体の電子相転移を利用するモット転移トランジスタは,微細化において物理的な限界を迎えつつある既存のトランジスタを超える,次世代トランジスタとして注目を集めている。

また,半導体を集積回路として利用するためにはp型半導体とn型半導体を組み合わせる必要があるが,モット転移トランジスタは原理的にp型(正孔型),n型(電子型)のどちらとしても動作する(両極性動作する)ので,集積化に向いていると考えられている。

しかし,これまで研究されてきたモット転移トランジスタでは,両極性動作において明瞭な相転移の実現には至っていなかった。

共同研究グループは,比較的弱い電圧でも電子相転移を起こすことができる有機物のモット絶縁体を用いて電気二重層を利用したモット転移トランジスタを作製し,両極性動作に成功した。

さらにn型動作時とp型動作時の性質を比較したところ,n型は普通の金属に近い状態である一方で,p型では特定の方向に進む電子が電子同士の反発を強く感じ動きにくくなる「疑ギャップ状態」であることが明らかになった。これによって,モット絶縁体のドーピング非対称性と呼ばれる物性物理学の重要な課題の一つを解明したとする。

この研究によって,軽量かつ柔軟で,集積化が容易な有機モット転移トランジスタの開発に近づいた。また,将来,モット絶縁体のpn接合が可能になると,新たな太陽電池の開発につながる可能性がある。

物性物理学の観点からも,さらなるドーピングで超伝導を引き起こし,転移温度などを比較することによって,高温超伝導を含めた非従来型超伝導の機構解明につながる重要な情報が得られるとしている。

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