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発表概要

東京大学大学院新領域創成科学研究科の澤田大輝大学院生（修士課程２年生）、熊谷翔平特任助教、竹谷純一教授らは、極薄の有機半導体単結晶と絶縁性ポリマーとを一度に印刷することで、大気下において低電圧かつ高い電荷移動度で駆動可能な有機トランジスタの開発に成功しました。

有機トランジスタは、印刷プロセス適合性を有する有機半導体を用いることで、低コストで大量生産が可能なIoTデバイスの主要素として注目を集めています。通常IoTデバイスは小型電源で駆動する必要があるため、高電荷移動度かつ大気下での安定性に優れているだけでなく、低電圧・低消費電力で駆動する有機トランジスタの開発が求められています。その一方で、実デバイスに利用可能な高電荷移動度や大気下での安定性を示す有機半導体材料はごく限られており、竹谷教授らの研究グループでは近年、そのブレークスルーとして印刷可能な有機半導体単結晶に注目し、研究を発展させてきました。

今回、竹谷教授らは、有機半導体溶液に絶縁性ポリマーを混ぜて一遍に印刷するポリマーブレンド印刷法により、低電圧で高電荷移動度を示す有機トランジスタの開発に成功しました。絶縁性ポリマーとして高耐熱性のポリアダマンチルメタクリレート（PADMA）を用いることで幅広い温度で安定した印刷が可能となり、わずか数ナノメートルという極薄の有機半導体単結晶／PADMA積層膜が得られることが見出されました。この積層膜を用いることで、乾電池と同じ1.5 Vで駆動可能、かつ高電荷移動度のp型、n型有機トランジスタの開発に繋がりました。特に興味深いことに、n型有機トランジスタが示した電荷移動度2.2 cm2 V^-1s^-1は、低電圧駆動n型有機トランジスタの中でも最大級の値です。さらに、これらの有機トランジスタから構成される相補型インバーターも極めて良好に動作することが実証されたため、本成果の発展により、低コスト・低消費電力なIoTデバイスの開発に繋がることが期待されます。

本研究成果は、2020年7月22日（米国夏時間）に米国物理学協会の専門誌「Applied Physics Letters」のオンライン版で公開され、Editor’s Picksに選ばれました。

発表雑誌

雑誌名：「Applied Physics Letters」（オンライン版：7月22日）

論文タイトル：Low-voltage complementary inverters using solution-processed, high-mobility organic single-crystal transistors fabricated by polymer-blend printing

著者：Taiki Sawada, Tatsuyuki Makita, Akifumi Yamamura, Mari Sasaki, Yasunari Yoshimura, Teruaki Hayakawa, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe, Shohei Kumagai, Jun Takeya

DOI番号：10.1063/5.0006651