东京大学研究生院新领域创成科学研究科和材料创新研究中心、产业技术综合研究所以及物质材料研究机构国际材料纳米结构中心（WPI-MANA）组成的联合研究团队，新开发出了在有机半导体单晶薄膜上实施沟道长度为1微米级的微细加工方法，全球首次成功开发了在超高频段下工作的有机晶体管。
通过同时实现10cm2/Vs的高迁移率和短沟道化，将该研究团队此前创下的世界记录提高到2倍左右，实现了全球最快的38MHz截止频率。另外，该有机晶体管具备将交流信号转换成直流信号的整流性，即使在100MHz的频率下整流性也不会丧失。
有机半导体可以利用印刷工艺通过溶解于有机溶剂中的墨水制作柔性器件，作为新一代半导体材料备受期待。该研究团队此前开发出了能大面积涂布仅由几个分子层（10纳米左右）构成的超薄有机半导体单晶膜的印刷方法（J. Takeya, et al., Science Advances 2018，Scientific Reports 2019）。这种高品质的有机单晶薄膜实现了10cm2/Vs以上的高迁移率，极有希望实现有机晶体管的高速化。
半导体集成器件的响应频率取决于执行逻辑运算的晶体管的迁移率及沟道长度。微细加工方法主要利用基于光刻胶的光刻技术，但很多光刻胶会损伤有机半导体薄膜，难以通过光刻技术同时实现有机晶体管的高迁移率和短沟道。
【研究内容】
此次，该研究团队新开发出了有机半导体无损光刻法，通过在有机半导体单晶薄膜上涂覆薄薄一层氟系高分子膜，实现了1微米级的微细加工（图1）。通过同时实现10cm2/Vs的高迁移率和短沟道化，将该研究团队此前创下的截止频率世界记录刷新了2倍左右，达到全球最快的38MHz。另外，研究团队还调查了该有机晶体管将交流信号转换成直流信号的整流性，证实在100MHz下也不会丧失整流性（图2）。
图1：（a）新开发的无损光刻法。通过在有机半导体上涂布氟系聚合物，可以最大限度减轻光刻胶造成的损伤（b）（c）新制作的有机晶体管的模式图及显微镜图像。
图2：新制作的有机晶体管的响应特性。（a）输出电流的增益对输入电流的频率依赖性。无法获得增益的频率被定义为截止频率。（b）输入电压信号与输出电压信号。可将100MHz的交流输入信号转换成直流输出信号。
【社会意义】
此次制作的器件，频率远远高于物流管理等广泛使用的RFID标签的通信频率13.56MHz，因此可以说完全达到了能用来为无线标签供电的水平。另外，超高频段还被作为FM广播和业余无线电等的电波利用。将来，随着响应频率进一步提高，有望实现利用超高频段进行长距离无线通信的有机集成电路。
论文信息
论文题目：High-Speed Organic Single-Crystal Transistor Responding to Very High Frequency Band
期刊：《Advanced Functional Materials》
DOI：10.1002/adfm.201909501
文：JST客观日本编辑部编译
