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東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 教授 竹谷純一氏
東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 教授 竹谷純一氏
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 シリコン(Si)を中心とした無機半導体材料による電子デバイスに比べ、有機半導体材料を用いたものは移動度が大きく劣る。印刷技術を使って有機エレクトロニクスを安価に製造できたとしても、結局は“安かろう、悪かろう”にとどまる…。

 有機エレクトロニクスに対しては、こうした声を聞く機会は少なくない。薄くて軽量、しかもフレキシブルであっても、移動度が低ければ回路性能が悪いので使い物にならないという見方だ。こうした見方に一石を投じるのが、東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 教授の竹谷純一氏である。同氏が研究する単結晶有機半導体膜の移動度は10cm2/Vs以上と、アモルファスSiを大きく上回り、InGaZnOに近い。さらに低温多結晶Si並みの移動度を備えた有機半導体材料開発も視野に入れる。高い移動度を手に入れることで、有機エレクトロニクスの適用範囲は大きく広がるという。高い移動度を備えた有機半導体の利点や研究の狙いを竹谷氏に聞いた。(聞き手は、大久保 聡=日経BP半導体リサーチ、野澤哲生=日経エレクトロニクス)

――有機エレクトロニクスの研究を始めた経緯は?

竹谷氏 有機エレクトロニクスの研究に携わるようになって10年がたった。固体材料の電子物性が専門である私にとって、有機物の中で電子が流れるのが不思議であった。固体は強固な原子間の結合を介して電子が流れる。それに対し、有機物は分子が集まっているだけなのに、電子が流れる。こうした不思議さに引き付けられ、有機半導体の研究を始めた。

 研究を始めるにあたり、私は明らかにしたいことを二つ挙げた。「どうして電子が流れるのか」「理想的な移動度はどのくらいか」である。当時、研究で使われていた有機半導体は多結晶がほとんどであり、単結晶は皆無に近かった。材料単体の物性を明らかにするには、単結晶の方が都合がよい。多結晶では、粒界の影響があるからだ。そこで私は有機半導体の単結晶を作製し、その物性評価に挑んだ。

 その結果、明らかになったのが、従来考えられたよりも有機半導体の移動度は高いということだ。これは、有機エレクトロニクスにとって、とても魅力的なことである。応用範囲が広がるからだ。移動度はデバイスの動作速度に直結する。

 有機エレクトロニクスは、シリコン(Si)などの無機半導体に比べて移動度が大きく見劣りすると考えられてきた。有機半導体を使ったデバイスに対しては、「遅かろう、悪かろう」というレッテルを貼られてきたともいえる。有機半導体の多結晶を用いたとき、移動度は高くても1cm2/Vs程度。これではディスプレイの画素を操作するTFTに使える程度である。それに比べ、私が研究する有機半導体の単結晶は移動度が一桁高い。1cm2/Vs程度ではRF回路を作るのは厳しいが、10cm2/VsあるとMHzクラスのRF回路に対応可能だ。

 10年にわたって研究してきたことで、有機半導体におけるキャリアの伝導機構のメカニズムが分かってきた。そしてデバイスへの応用範囲が広いことも見えてきた。学術的な興味から研究をスタートしたが、今では世の中で利用するにはどうしたらよいのかということを念頭に置いて研究を進めている。