東北大ら,最も優れた有機半導体電極を開発

著者: sugi

東北大学と東京工業大学は共同で,有機半導体デバイスに使用される電極において,これまで報告されている中で最も優れた性能を示す電極を開発する事に成功した(ニュースリリース)。

現在,多くの半導体素子はシリコンなどの無機半導体を用いて作製されている。それに対して有機半導体は,柔軟性,軽量,プロセスの容易性など多くの優れた特性を示すことから,次世代の半導体材料として多くの期待が寄せられている。

しかし,有機半導体の大きな問題点の一つとして,電荷を運ぶ粒子(正孔および電子)の電極からの注入効率が悪いことがある。特に,正孔と比較して電子の注入効率は著しく劣っていた。

研究グループでは,金属/有機多結晶半導体/テトラテトラコンタン(鎖状炭化水素分子の一種)という三層構造の電極を新しく設計して,その性能が従来のいかなる電極よりも格段に優れていることを実証した。

新しい電極では,テトラテトラコンタン薄膜の効果により結晶性の低い多結晶半導体薄膜が形成され,そのバンドギャップ内に生じる電子準位が重要な役割を果たす。

まず,金属と多結晶半導体の接合界面に形成されるバンドギャップ内準位のために金属―半導体接合が従来のショットキー極限から離れてバーディーン極限へ近づくと同時に,多結晶半導体の構造の乱れに起因するバンドギャップ内準位を介して小さい活性化エネルギーで正孔と電子が半導体に注入される。

そのため,電極に用いる金属の種類によらず正孔,電子ともに低抵抗で注入される。有機半導体単結晶を用いた電界効果トランジスタにこの電極を応用したところ,新電極は従来の金電極からの正孔注入およびカルシウム電極からの電子注入より大きな電流を流した。

さらに,従来の電極では電子と正孔の注入の向きを入れ替えるとトランジスタとして動作しないのに対し,新電極は入れ替える前と同等に動作した。また,この結果を踏まえて空気中で不安定なカルシウム等を用いずに有機単結晶発光トランジスタの作製に成功した。

以上のことは空気中での安定性等,素子に求められる条件を満たす任意の金属を用いて高性能な電極を作製できることを示しており,有機半導体の基礎研究だけでなく応用においても様々な活用が期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 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
  • 東北大ら,Ge半導体に適した電極を発見し接合に成功

    東北大学と産業技術総合研究所は,層状物質であるテルル化ビスマス(Bi2Te3)薄膜とn型Geを反応させることで,非常に電気が流れやすい界面の形成に成功した(ニュースリリース)。 現在のスマートフォンやパソコンの性能を支え…

    2025.08.01
  • 香川大ら,有機エレクトロニクスに期待の分子性物質開発

    香川大学と兵庫県立大学は,既存の有機半導体に対して,太鼓型分子を連結させることで,新しい有機半導体を開発し,酸化還元に対する優れた安定性を見出した(ニュースリリース)。 フェロセンは,太鼓型の特徴的な構造をもつ分子で,電…

    2025.06.13
  • 東大,溶媒不要で均質な有機半導体の塗布成膜に成功

    東京大学の研究グループは,アルキル基により対称/非対称に置換した2種の有機半導体分子の混合体を加熱し溶融すると,冷却の過程で液晶相を介して,2種の分子がペアを形成する高秩序化が促されることを見出し,溶媒を用いることなく有…

    2025.04.09
  • 東北大ら,微小な有機半導体の複雑な分子構造を解明

    東北大学,理化学研究所,産業技術総合研究所,東京大学は,有機半導体や薬剤など有機物質の微細構造を同定する解析法を開発した(ニュースリリース)。 有機半導体は,柔軟性,低エネルギーで合成や加工ができる環境への優しさといった…

    2025.02.07
  • 公大,効率化したフローとAIで新規有機半導体を合成

    大阪公立大学の研究グループは,機械学習モデルを用いて,窒素や硫黄を導入した7種類の新たな有機半導体分子を設計し,合成,評価を行なった(ニュースリリース)。 有機半導体材料において,優れた特性を得るためには,優れた結晶構造…

    2024.10.01
  • 阪大ら,分子設計で有機太陽電池の性能向上に成功

    大阪大学,岡山大学,神戸大学,名古屋大学は,有機半導体分子のフロンティア軌道を空間的に分離させる分子設計を取り入れることで,有機半導体の励起子束縛エネルギーを低減することに成功した(ニュースリリース)。 有機太陽電池のエ…

    2024.09.12
  • 阪大ら,有機半導体の励起子束縛エネルギーを低減

    大阪大学と日本女子大学は,有機半導体分子の薄膜状態での分子会合を強固にする分子デザインを取り入れることで,有機半導体の励起子束縛エネルギーを低減することに成功した(ニュースリリース)。 有機半導体は,有機太陽電池や有機光…

    2024.08.19

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア