理研,有機両極性半導体を低消費電力化

著者: sugi

理化学研究所(理研)は,有機両極性半導体を用いたデジタル回路デバイスの基板にアルキル処理を施すことで,流れるキャリアの種類(電子,正孔)を制御し,消費電力を大幅に低減する手法を開発した(ニュースリリース)。

有機半導体は材料の溶液を塗布することにより,容易に,かつ低エネルギーなプロセスで半導体層を形成することができる。さらに,インクジェットや輪転機など既存の印刷プロセスを適用することで大面積化も可能で,製作コストも無機半導体に比べ低いというメリットがある。

しかし,デジタル回路を製作するためには,正孔伝導型・電子伝導型の2種類の有機半導体を用意し,それぞれの塗り分けをしなければならず,印刷による回路製作は容易に実現できるものではなかた。一方,両極性半導体は正孔,電子の両方のキャリアを利用できるため,1つの材料でデジタル回路を製作することが可能。

このため,有機半導体と両極性半導体の両方の特性を持つ有機両極性半導体を用いれば,単一の材料を塗布するだけでデジタル回路を製作することができる。しかし,両極性半導体には,電子と正孔が無差別に流れてしまうため消費電力が大きくなるという致命的な欠点が指摘されており,実際には有用な材料ではないと考えられてきた。

一方2015年に,基板上に製作した単分子膜が有機半導体中に電荷層を形成し,有機半導体の特性に影響を与えることが報告された。研究チームは,両極性半導体のキャリアの種類を制御する方法として,この電荷層に着目した。

マイナスに帯電したフッ化アルキルの単分子膜によって有機両極性半導体中にプラスの電荷層を発生させ,電子キャリアを捕集し,正孔のみを伝導させることに成功した。また,プラスに帯電したアミノアルキルの単分子膜を用いることで,電子のみを伝導させることも可能。このキャリア制御法によって,有機両極性半導体を用いながらも低消費電力なデジタル回路が実現できた。

今回,有機両極性半導体のデメリットを解消し,十分な低消費電力化が可能であることを実証したことで,今後,有機両極性半導体を用いた,次世代に最適な軽量,柔軟,低コスト,省エネルギーなエレクトロデバイスの実現が期待できるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 2026年以降の半導体成長を支える技術基盤とは

    生成AIの急速な普及や、様々なモノの電動化の進展を背景に、半導体市場は2026年以降も中長期的な成長軌道を描くと見込まれている。先端ロジック半導体では、AI処理能力のさらなる高度化に向けて微細化競争が続く一方、電力インフ…

    2026.01.05
  • 半導体製造装置市場、2027年に過去最高の1,560億ドル到達

    米SEMIは12月15日(米国時間)、SEMICON Japan 2025において、世界半導体製造装置の2025年末市場予測を発表し、2025年の装置メーカーによる半導体製造装置世界の売上高は、前年比13.7%増の1,3…

    2025.12.24
  • オキサイド、半導体後工程向け高パルスエネルギー深紫外レーザーを開発

    オキサイドは、半導体ウエハー欠陥検査用(前工程)に特化した深紫外(DUV)ピコ秒レーザー「QCW Kalama」シリーズに、半導体後工程に向けた高パルスエネルギーモデルを新たなラインナップとして加え、2025 年12月1…

    2025.12.23
  • SCREEN、先端半導体パッケージに対応する直接描画露光装置を開発

    SCREENセミコンダクターソリューションズは、先端半導体パッケージに対応する直接描画露光装置の最新モデル「DW-3100」を開発し、2025年12月に販売を開始すると発表した(ニュースリリース)。 近年、AI半導体の急…

    2025.12.10
  • ギガフォトン、先端半導体パッケージ用加工向けエキシマレーザーを日本企業に設置

    ギガフォトンは、半導体パッケージ加工向けエキシマレーザーを日本国内で最先端半導体の研究開発を行なう企業に納入し、11月に装置の設置を完了したと発表した(ニュースリリース)。今回の設置では、同社の最新光源となる『G300K…

    2025.12.08
  • 半導体製造装置販売額は前年同期比11%増 依然としてAIが牽引

    米SEMIは12月2日(米国時間)、半導体製造装置の2025年第3四半期における世界総販売額が、前年同期比11%増、前期比では2%増の336億6,000万ドルであったと発表した(ニュースリリース)。 販売額の増加は、AI…

    2025.12.04
  • 東大ら,有機半導体によるUHF帯整流ダイオード開発

    東京大学,物質・材料研究機構,岡山大学,米ジョージア工科大学,米コロラド大学は,有機半導体を用いた整流ダイオードにおいて,920MHzの交流電力を直流電力に実用的な効率で変換することに,世界で初めて成功した(ニュースリリ…

    2025.09.25
  • 東大ら,分子半導体でキャリア特異的輸送異方性実証

    東京大学,横浜国立大学,産業技術総合研究所,東京理科大学は,独自に開発した単一のアンバイポーラ(両極性)分子半導体において,正の電荷を持つ正孔と負の電荷を持つ電子がそれぞれ全く異なる方向に流れやすい性質(キャリア特異的輸…

    2025.09.11

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア