極薄有機半導体単結晶トランジスタを用いた高速整流素子の開発

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研究は有機電界効果トランジスタの応答速度を向上させ、920 MHzのUHF帯で通信可能な有機整流素子を実現することを目標としている。昨年度までの成果として、種々のドーパント材料を電極界面のみに選択的に形成する新たなプロセスを開発し、2分子層有機単結晶を活性層に用いた短チャネル素子を作製することで、38 MHzという有機トランジスタとしては最高の遮断周波数の値を達成している。本年度は有機トランジスタの遮断周波数の更なる向上を目指し、コンタクト電極と有機半導体のヘテロ界面のSchottky障壁の制御に取り組んだ。当該年度において我々は、有機半導体と電極の界面における空乏層形成が有機トランジスタの高速化を達成するうえで大きな障壁となっていることを新たに見出し、デバイス構造をわずかに改良することで短チャネル素子の特性が大きく改善できることを明らかにした。また、ネットワークアナライザおよび高周波用プローブを用いた新たな測定環境を構築し、作製した短チャネル素子の遮断周波数をScattering Parameterから算出したところ、45 MHzという値が得られた。このときの駆動電圧は8 Vであり、昨年度38 MHzの遮断周波数を達成したときのおよそ半分程度の印加電圧にもかかわらず、これを上回る遮断周波数が得られていることは特筆すべき点であり、今回新たに採用した素子構造が有機トランジスタの高速化により適していることを示している。本研究で得られた有機半導体/電極界面におけるSchottky障壁の制御に関する知見は、今後高移動度の有機半導体を用いたトランジスタの開発を進めていくうえで重要な示唆を与えるものであり、有機トランジスタ動作周波数についての新たなベンチマークとなる成果であると考えている。