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本研究の当初計画では、半導体コロイダルナノドット(CND)の溶媒分散性を保つために長さ1 nm程度以上で導電性が期待できる有機分子を新規配位子候補として探索し、オレイン酸を配位子とするCNDを用いて配位子交換を行い半導体CND薄膜の導電性を向上させ、薄膜トランジスタに応用することを予定していた。しかし、新規配位子候補と探索された材料は、どれも大気中安定性が悪く配位子交換中に容易に酸化してしまうという予期しなかった問題が生じた。そこで、配位子交換ではなく配位子除去によって導電性を向上させる方法を検討した。特に、PbS CND薄膜を濃度0.04 Mの硫化アンモニウムのメタノール溶液で処理すると配位子のオレイン酸が除去され、ドット同士がイオウ原子を介して結合することが報告されているので、その手法を応用した。
水平付着法によりPbS CND単粒子層をゲート絶縁膜上に形成し硫化アンモニウム処理で配位子を除去するプロセスを３回繰り返したところ、PbS NDの緻密な膜が得られた。また、オレイン酸配位子が除去されたことは赤外吸収スペクトル測定により確認した。このPbS ND薄膜上に金のソース／ドレイン電極を真空蒸着して作製したボトムゲート・トップコンタクト型の電界効果トランジスタでは、0.001cm2/Vs程度のキャリア移動度が得られた。さらに硫化アンモニウム処理の条件を検討したところ、同様にして作製したトランジスタのキャリア移動度は約10倍に向上した。しかし、その伝達特性にはヒステリシスが見られ、まだプロセス条件の最適化には至っていない。今後は条件を詳細に検討することで、さらなるキャリア移動度の改善が期待できる。
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