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世界初、アモルファスシリコンより高効率なN型有機半導体 印刷で製造可能

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世界初、アモルファスシリコンより高効率なN型有機半導体 印刷で製造可能

山形大学と宇部興産は共同で、有機溶媒に溶ける新しいN型有機半導体材料を開発し、電子移動度が3cm2/Vsを超え、かつ空気中で安定という高性能なN型有機トランジスタを印刷法で作製することに世界で初めて成功した。

この技術により、現在主流であるシリコンなどの無機材料で製造するよりも低価格で軽量、さらに柔らかさを備えた集積回路(IC)が製造できる。

本研究結果は、空気中での安定性と、液晶ディスプレイなどに使われるアモルファスシリコンで一般的な0.5-1cm2/Vsを超える高い電子移動度を兼ね備え、さらに印刷法が適用できる、これまで開発の報告例がなかったN型有機半導体。

有機溶媒に溶ける性質と高い電気特性を併せ持つ有機半導体を開発したことで、オール印刷プロセスでの安価でフレキシブルな有機集積回路の実用化が大きく加速する。なお、開発された塗布可能なN型有機半導体は、宇部興産からサンプル供試される。

N型半導体とは、従来のシリコンなどの無機物と違い、有機化合物でできた半導体。

N型半導体とは、従来のシリコンなどの無機物と違い、有機化合物でできた半導体。N型半導体中では負の電荷(電子)が移動することで電流が流れる。対するP型半導体には正の電荷(正孔、ホール)を流すことができる。

プラスチックフィルム上に回路を印刷して電子デバイスを作製する技術は「プリンテッドエレクトロニクス」と呼ばれ、タッチパネルの配線などへ実用化が始まりつつある。今後は、より複雑な電子デバイスである半導体集積回路へ同技術を応用することが期待されており、そこで必要不可欠な、高性能な導電インク、絶縁樹脂、半導体インクなどの材料開発が活発に行われている。

半導体は、P型半導体とN型半導体を組み合わせることで電気の流れをコントロールすることができ、集積回路にはこれら2種の半導体が使われている。これまで、有機溶媒に溶かすことができ、印刷法に適用可能な、移動度が高P型有機半導体は数多く報告されてきたが、高性能なN型有機半導体はほとんど報告がなかった。これは、N型有機半導体が大気中の水や酸素に対して化学的に弱いため、電子デバイスに用いても高い電気特性を維持することが難しかったのが原因。

現在、この材料を有機集積回路に応用するためのトランジスタ素子の構造の最適化と、CMOS回路など回路の試作の検討と並行して、さらに移動度と溶解性を改善するなど、より使いやすい有機半導体とする目的で分子構造の改良を進めている。また、この有機半導体を用いたインクジェット印刷などによる印刷集積回路の試作に取り組み、この技術を応用して、有機トランジスタを用いたRFIDタグ(無線ICタグ)、フレキシブル生体センサーやフレキシブルディスプレイなどの開発を進める。

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