東大ら,パターン電極を有機半導体に移植

著者: higa

東京大学,産業技術総合研究所(産総研),物質・材料研究機構の研究グループは,洗濯のりにヒントを得て,高精細にパターニングされた電極を有機半導体に取り付ける手法を開発した(ニュースリリース)。

電極は通常金属で,高真空下で大きなエネルギーを用いて成膜されることが多く,電極の設置面へのダメージを抑えるとともに,接着力など下地との相性を最適化することも重要な課題となる。

これを解決するため,洗濯のりが乾燥すると固まり,水にあうと簡単に溶けることにヒントを得て,「のり」を使って基板から電極を引き剥がし,後で「のり」を除去するという発想に至った。さらに,電極を薄い保護層で覆えば,半導体と保護層との静電気力を利用して電極を半導体に接触させられるのではないかと考えたという。

この手法では,基板上でパターン化された電極を半導体上に移し取るため,安価で広く用いられている2種類の高分子を使用した。1つ目は,アクリル樹脂の一種であるポリメタクリル酸メチル(PMMA),2つ目は洗濯のりの成分として知られ,水によく溶けるポリビニルアルコール(PVA)。

まず,基板上で電極材料をパターニングし,その上に薄いPMMAを塗布する。これらはいずれも厚さ数10~100nmと薄いため,このまま取り扱うことが難しい。そこで,その上にPVAを20~30μmの厚さに塗って乾かし,その後,電極,PMMAおよびPVAを一括して基板から引き剥がすことで,取り扱いが容易な電極フィルムを得た。

続いて,電極フィルムを半導体上に貼り付け,温水でPVAを溶解して除去すると,薄い電極およびPMMAが静電気力によって半導体上に吸着する。以上の簡便な手法により,1μmという高精細でパターニングされた電極を,プロセス中に伸縮することなく半導体上に移し取ることに成功した。

開発した手法の有用性を確かめるため,1分子層(厚さ4nm)の単結晶からなる有機半導体の上に電極を取り付けてOFETを試作した。従来の真空蒸着法で電極形成したOFETでは,ゲート電圧を変化させてもドレイン電流が殆ど流れないことから,熱的なダメージによって特性が大きく低下している。

一方,開発した手法で作製したOFETは,ゲート電圧を変化させると有機半導体の本来の性能であるドレイン電流値を示し,ゲート電圧とドレイン電流の平方根の関係から移動度を求めたところ,実用化の指標となる10cm2/Vs程度を示し,1分子層の有機半導体が持つ性能を引き出せることが実証できた。

この手法を用いることで,積層デバイスの作製が容易となるため,より複雑で高度な機能を実現する集積回路の作製が可能となるとしている。

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
  • 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
  • 東大ら,力を色で可視化するウェアラブルセンサ開発

    東京大学と深圳先進技術研究院は,色の変化で力を可視化するウェアラブルセンサを開発した(ニュースリリース)。 力を可視化するメカノクロミック素材は色々あるが,定量的に力を読み取ることができるものは多くない。 研究グループは…

    2025.05.08
  • 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
  • 村田製作所,医療向けストレッチャブル基板を開発

    村田製作所は,体表に貼り付けて生体情報を収集する医療・ヘルスケア用ウェアラブル機器などへの活用を想定し,曲げ伸ばししても高い信頼性を保ちながら回路が動作する「ストレッチャブル基板」を開発した(ニュースリリース)。 近年医…

    2024.11.05
  • NHK技研,フレキシブルなイメージセンサーを開発

    NHK放送技術研究所(NHK技研)は,薄くて曲げられるシリコンイメージセンサーを開発した(ニュースリリース)。 従来の平面構造のイメージセンサーは撮像面と結像面ずれ(収差)が発生し,映像の周辺部でぼやけが生じる。また,撮…

    2024.10.23
  • 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

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア