わずか2分子の厚み、超極薄有機半導体の開発に成功：分子長さのばらつきを利用し製膜（2/2 ページ）

東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の荒井俊人氏らは、厚みが2分子と極めて薄く、手のひらサイズの大きさに高い性能を有する有機半導体デバイスを構築する技術を開発した。高感度の分子センサーや機能性人工超薄膜への応用などに取り組む。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

超極薄TFTを開発し、特性を評価

　さらに研究グループは、アルキル鎖の長い分子と短い分子の混合比を変えて製膜をし、その効果を検証した。これによると、長い分子をわずかに混合すると、2分子膜同士の積層を抑えることができ、超極薄半導体が効率よく得られることが分かった。

超極薄半導体の形成メカニズム。上は長鎖分子と短鎖分子の混合比を変えた薄膜の顕微鏡像、下はフラストレーションの効果の概念図 出典：東京大学

　これらの研究成果を基にTFTを作製し、その特性を評価した。ゲート電圧を印加してドレイン電流の変化を測定したら、伝達特性は負のゲート電圧を印加するとドレイン電流が増加するp型特性を示した。電流−電圧特性は、一定以上のドレイン電流を印加するとドレイン電流が一定となるTFTの挙動が現れた。

超極薄TFTの特性。左は飽和領域の伝達特性、右は出力特性 出典：東京大学

　伝達特性のデータを解析したら、飽和領域の移動度は6.0cm²V^-1s^-1となった。しかも、極めて薄いTFTは外部からの刺激に対して、電流値が敏感に応答することを確認した。

　研究グループでは今後、極めて薄い半導体の形成に向けて、分子材料の設計と製膜法のさらなる最適化を進め、高感度分子センサーの実用化に向けた薄膜TFTの開発を行う。さらに、生体細胞膜に似た単層2分子膜の特長を生かし、機能性人工超薄膜への応用に取り組む方針だ。