東京大學研究生院新領域創成科學研究科和材料創新研究中心、產業技術綜合研究所以及物質材料研究機構國際材料奈米結構中心（WPI-MANA）組成的聯合研究團隊，新開發出了在有機半導體單晶薄膜上實施溝道長度為1微米級的微細加工方法，全球首次成功開發了在超高頻帶下工作的有機電晶體。
通過同時實現10cm2/Vs的高遷移率和短溝道化，將該研究團隊此前創下的世界記錄提高到2倍左右，實現了全球最快的38MHz截止頻率。另外，該有機電晶體具備將交流信號轉換成直流信號的整流性，即使在100MHz的頻率下整流性也不會失落。
有機半導體可以利用印刷工藝通過溶解於有機溶劑中的墨水製作柔性器件，作為新一代半導體材料備受期待。該研究團隊此前開發出了能大面積塗布僅由幾個分子層（10奈米左右）構成的超薄有機半導體單晶膜的印刷方法（J. Takeya, et al., Science Advances 2018，Scientific Reports 2019）。這種高品質的有機單晶薄膜實現了10cm2/Vs以上的高遷移率，極有希望實現有機電晶體的高速化。
半導體整合器件的響應頻率取決於執行邏輯運算的電晶體的遷移率及溝道長度。微細加工方法主要利用基於光阻劑的光刻技術，但很多光阻劑會傷害有機半導體薄膜，難以通過光刻技術同時實現有機電晶體的高遷移率和短溝道。
【研究内容】
此次，該研究團隊新開發出了有機半導體無損光刻法，通過在有機半導體單晶薄膜上塗覆薄薄一層氟系高分子膜，實現了1微米級的微細加工（圖1）。通過同時實現10cm2/Vs的高遷移率和短溝道化，將該研究團隊此前創下的截止頻率世界記錄刷新了2倍左右，達到全球最快的38MHz。另外，研究團隊還調查了該有機電晶體將交流信號轉換成直流信號的整流性，證實在100MHz下也不會失落整流性（圖2）。
圖1：（a）新開發的無損光刻法。通過在有機半導體上塗布氟系聚合體，可以最大限度減輕光阻劑造成的傷害（b）（c）新製作的有機電晶體的模式圖及顯微鏡圖像。
圖2：新製作的有機電晶體的響應特性。（a）輸出電流的增益對輸入電流的頻率依賴性。無法獲得增益的頻率被定義為截止頻率。（b）輸入電壓信號與輸出電壓信號。可將100MHz的交流輸入信號轉換成直流輸出信號。
【社會意義】
此次製作的器件，頻率遠遠高於物流管理等廣泛使用的RFID標籤的通信頻率13.56MHz，因此可以說完全達到了能用來為無線標籤供電的水平。另外，超高頻帶還被作為FM廣播和業餘無線電等的電波利用。將來，隨著響應頻率進一步提高，有望實現利用超高頻帶進行長距離無線通信的有機積體電路。
論文資訊
論文題目：High-Speed Organic Single-Crystal Transistor Responding to Very High Frequency Band
期刊：《Advanced Functional Materials》
DOI：10.1002/adfm.201909501
文：JST客觀日本編輯部編譯
