東京大学、15nm以下の二次元有機単結晶ナノシートの大面積成膜に成功

　東京大学大学院新領域創成科学研究科の竹谷純一教授らは、有機半導体インクを用いた簡便な印刷手法によって、分子スケールで膜厚が制御された厚さ15nm以下の二次元有機単結晶ナノシートを10cm角以上の大面積にわたって作製することに成功した。

　近年の材料開発の進歩によって実用化の指標となる10cm²/Vsを超える高い電荷移動度を示す有機電界効果トランジスタの報告が次第に増えており、無線タグなどの高速応答が求められる論理素子への応用が期待されている。しかしながら、有機半導体はシリコンなどの無機半導体に比べ非常に大きな接触抵抗を持つため、短チャネルのトランジスタの電荷移動度は単結晶本来の値よりも大幅に低下し、応答速度が制限されてしまうという問題があった。

　今回、研究グループで開発されたわずか数分子層の厚みからなる2次元有機単結晶ナノシートは、電極から電荷輸送層へのスムーズな電荷注入が可能になったため、13cm²/Vsの高い電荷移動度に加え、有機電界効果トランジスタとしては最小の47Ωcmの接触抵抗を示すことが分かった。また、短チャネルのデバイスにおいて世界最高レベルの20MHzの遮断周波数を実現し、さらには無線タグの商用周波数の13.56MHzを大きく上回る29MHzで応答可能な整流素子を作製することに成功した。
(左) 有機半導体インクから大面積単結晶薄膜を塗布製膜する手法の概要図。 (右) 高移動度有機半導体材料の構造式と2次元単結晶領域の偏光顕微鏡写真。