有機半導体単結晶を用いたGHz応答トランジスタの開発

• 研究課題/領域番号: 22KJ0948
• 補助金の研究課題番号: 22J14388 (2022)
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金 (2023); 補助金 (2022)
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 澤田 大輝 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2023-03-08 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 有機半導体 / 有機薄膜トランジスタ

研究開始時の研究の概要

低温の塗布プロセスにより製膜可能な有機半導体を用いたトランジスタは高い生産性を有する材料であり、社会実装にむけて応答速度の向上が求められている。本研究では有機半導体トランジスタの応答速度の向上のボトルネックとなっている接触抵抗に関して、材料特性を損なうことのないデバイス実装技術の開発により低減することを目的とする。また、開発された技術を用いて実際に高周波応答デバイスを作製し、1 GHzを上回る周波数で応答する有機トランジスタの作製を行う。

研究実績の概要

IoT社会におけるセンサ・データ通信デバイスの需要の爆発的増加に伴い、低コストで大量生産が可能な半導体材料、ならびにデバイスの電波による給電・制御に関する研究が加速している。低温の塗布プロセスにより製膜可能な有機半導体を用いたトランジスタは高い生産性を有する材料として期待されているものの、無線給電方式を実装する上では現在作製されている有機半導体薄膜トランジスタの5～10倍以上の応答速度の向上が必要となる。本研究では、有機トランジスタの応答速度の向上のボトルネックとなっている、電極・有機半導体の界面および半導体バルクに存在する接触抵抗に関して、材料特性を損なうことのないデバイス実装技術の開発により低減することを目的とし、高分子半導体材料を用いた新しいトランジスタ構造の作製、およびコンタクトドーピングについて検討を行った。また、センシング・通信デバイスにおいて必要となる回路素子の開発を行った。現在までに確立されている大面積有機半導体単結晶の製膜、および単結晶に由来する電気的特性の均質性を利用することにより、トランジスタ回路駆動の安定性が向上することを示した。それを利用し、高度な設計を必要とするアナログ回路の開発を執り行い、その速度についての評価も行った。本研究の結果は有機半導体ICにおけるフロントエンドプロセスの確立に与するものであり、有機半導体デバイスの社会実装の実現を強固に後押しするものである。