科学研究 - 东京工业大学开发液晶性高性能有机晶体管材料

近日，东京工业大学影像信息工程研究所的半那纯一教授和饭野裕明助教等人组成的研究团队成功地开发出一种高性能液晶性有机晶体管材料（Ph-BTBT-10）（注1）。该材料的开发可以说是实现有机薄膜晶体管开发的重要的一步，将来作为被期待能够付诸实际应用的印刷电子工艺（注2）的半导体材料的基础技术受到了人们的关注。

研究团队根据 "如何摇晃结晶，使其显现出保持高度有序排列的近晶型液晶相"这一思路首先开发了分子设计方案，然后根据分子设计方案设计了Ph-BTBT-10。

使用这种材料的溶液，在液晶相温度下制作出均匀、平整的液晶薄膜。然后将其冷却至室温，制作成结晶薄膜后发现，这种结晶薄膜继续保持着高平坦度。进一步将制成的结晶薄膜经过5分钟左右120°C的高温处理后，还发现了其迁移率（注3）提高约一位数。

为了验证此种材料是否可用作晶体管材料，研究人员在5块基板上形成多结晶薄膜，利用此薄膜制作了底门底接触型薄膜晶体管（注4）。经观察，其迁移率不亚于容易实现高迁移率的底门顶接触型薄膜晶体管（注5），显示了超过相当于氧化物半导体（IGZO）的10cm²/Vs的高迁移率，同时还具备高耐热性。

用于有机晶体管的有机半导体材料大致分为低分子型和高分子型。低分子半导体材料易于精加工，容易得到高质量的晶体，但耐热性低，难以获得高平坦度的结晶薄膜。而高分子半导体材料结晶性低，必须经过超过200°C的高温处理才能得到高迁移率的薄膜。而这次新发现则解决了低分子材料的缺陷。

研究团队表示："今后，兼备实用性的有机晶体管材料以及印刷电子技术的开发如果取得进展，使用液晶性有机半导体材料，生产低价、薄型、轻量、具有柔韧性的液晶电视以及有机EL显示器也并非梦想。"

（注1） Ph-BTBT-10的化学构造

东京工业大学开发液晶性高性能有机晶体管材料

（注2）印刷电子工艺

以前在基板上利用CVD法或真空镀膜法形成真空，为半导体、绝缘膜、电极等镀膜，然后利用抗蚀剂形成图案来制作电子元件。现在代替这种制作程序，利用能同时进行镀膜和制作图案的印刷技术来形成半导体、绝缘膜、电极等。而具备这样的特征的电子工艺叫做印刷电子工艺。人们期待该工艺不仅能降低设备的制造成本，还能提高电子元件的生产效率和降低生产成本。

（注3）迁移率

迁移率是表示电荷在物质之间移动时的移动性的一个尺度，即每单位电场（1V/cm=每厘米1伏特）的电荷（电子或者空穴）的移动速度（1cm/s＝毎秒1cm），所以单位用cm²/Vs表示。迁移率是衡量半导体材料电气特性优劣的指标。

（注4）底门底接触型薄膜晶体管

东京工业大学开发液晶性高性能有机晶体管材料