有机半导体因其能以低成本制造元件而备受关注。东京大学等近日开发出了突破有机半导体难以实现高性能和大面积化极限的新材料。通过使用有机半导体，能以印刷方式且每件1日元的超低价格制造无线射频识别（RFID）标签。到2050年前后，目前的电子产品有很多都有望利用有机半导体来制造。
有机半导体可以利用墨水印刷技术等制造，并具有以低成本制造元件的优势。利用有机半导体实现高性能器件的关键是有机CMOS（互补型金属氧化物半导体）集成电路。
CMOS一般是组合“n型”和“p型”两种半导体制造的。n型为电子移动，p型为空穴（电子留下的孔）移动。p型半导体的性能指标——空穴迁移率与硅等无机半导体基本相同，相对而言可以实现大面积。而n型半导体的开发一直没有取得进展。
东京大学、筑波大学、北里大学和产业技术综合研究所组成的研究团队2020年开发出了电子迁移率高、可以涂布制膜的n型有机半导体材料。该材料已开始由富士胶片和光纯药作为试剂销售。
这种半导体材料具有类似于砖墙状的晶体结构。然而，还存在构成晶体的分子位置会偏移，导致有些位置的电子迁移率产生偏差的课题，所以很难在维持性能的同时扩大面积。
此次，研究团队开发了在维持高电子迁移率的同时，进一步改善晶体结构的技术。分子两端的取代基采用了名为“环己基”的结构。
由此，分子中体现半导体特性部分被均匀排列，即使扩大面积，也能消除性能上的不均匀。东京大学的冈本敏宏副教授表示，有望形成尺寸达到以前100多倍的“2平方厘米以上的薄膜”。
有机半导体的实用化需要满足几个条件。包括便于合成、化学性质稳定、能用印刷法制造、可以承受150℃以上的高温等。涂布制作的膜是否具有足够的性能也很重要。
此次的n型有机半导体的电子迁移率还没有达到无机半导体的水平。冈本副教授表示：“目标是实现与n型有机半导体相同水平的迁移率。”
RFID标签被广泛用于服装等零售店的商品管理。然而，由于成本问题，很难用于便利店等价格为数十～数百日元的商品上。
有机半导体具有可利用印刷技术低成本制造的优点。冈本副教授表示，如果实现实用化，“便宜的商品也可以贴上标签进行管理。”他预测说，到2030年代“RFID标签将实现每个约1日元的单价，有望广泛普及。”
“传感器社会”正在到来
| 有机半导体的动向与未来展望 | |
| 2005年 | 日美确认红荧烯的高电子迁移率源于电子以波的形式在晶体中传播的“频波传导” |
| 2010年 | 以频波传导为基础的物质设计取得进展 |
| 2021年 | 可靠性和大面积化取得眉目 |
| 2025年 | n型半导体也能实现与目前的无机半导体相同的性能 |
| 2030年代 | RFID标签的成本低于1日元 |
| 2040年代 | 随着通信技术的发展等，实现万亿传感器 为减轻环境负荷，几乎所有的传感器都利用有机材料制作 |
| 2050年代 | 平时使用的电子产品几乎全部是利用有机材料制造的 |
采用有机材料的器件中目前已经普及的是有机EL显示屏，并且已经被应用于智能手机。有机EL显示屏的发光部分使用有机物，信号控制等使用无机半导体。如果能将其换成有机半导体，还有望实现带显示屏的可以自由弯曲的多功能板材。
组合使用测量温度、湿度和振动等的传感器及无线通信模块的传感器标签也很有应用前景。物联网（IoT）中有一个名为“万亿传感器”的构想。该构想的目标是每年使用1万亿个传感器在社会上建立起巨大的网络来解决各种社会问题。在日本，三井不动产和日立物流公司与东京大学和从事传感器标签业务的初创企业PI CRYSTAL（千叶县柏市）利用有机半导体传感器共同实施了监测物流的验证实验。
有机半导体比无机半导体更轻，还可以减少高温处理工序。制造时的环境负荷小也是一个优点。针对目前正在普及的高速通信规格“5G”的下一代标准“6G”，以及持续发展的人工智能（AI），有望诞生出全新的产品和服务。
日文：松元则雄、《日经产业新闻》，2021/12/24
中文：JST客观日本编辑部
