2023年9月、東京大学や筑波大学などの研究グループは、高移動度のn型有機半導体を開発しました。また、塗布法を用いた大面積の単結晶製膜にも成功しました。
研究グループは、n型有機半導体「PhC2-BQQDI」に着目しました。この結晶構造では、2つのフェネチル基が重要な役割を担っていると考えられています。そして、フェネチル基の一部を柔軟なアルキル基に置き換えることで、塗布法を使用して数分子層厚の単結晶を大面積に製膜でき、特性にも優れた有機電界効果トランジスタ（OFET）が開発できると結論づけました。
そこで研究グループは、異なる置換基を持つ非対称な分子を合成するための新しい合成法を考案しました。この合成法により、炭素数5を持つアルキル基を含む「PhC2-BQQDI-C5」という分子を作り出しました。結晶構造解析の結果、PhC2-BQQDI-C5分子は結晶中でPhC2-BQQDIの分子を模倣した形で存在し、よく似た規則構造を形成することがわかりました。
PhC2-BQQDI-C5を使用することで、有機溶媒への溶解性が向上し、規則正しい結晶構造が実現されました。これにより、塗布法による大面積単結晶の製膜が可能になりました。
更に、試作したOFETによる特性評価の結果、大気中で1cm2/Vs以上の高い移動度が観測されました。さらに、PhC2-BQQDIと同様の大気安定性や熱ストレス耐性も確認されました。
この研究成果は、東京大学大学院新領域創成科学研究科の岡本敏宏准教授、ユー クレイグ ペイチ特任助教（研究当時）、熊谷翔平特任助教、竹谷純一教授、筑波大学数理物質系の石井宏幸准教授、北里大学理学部の渡辺豪准教授（現在は北里大学未来工学部教授）、理化学研究所創発物性科学研究センターの橋爪大輔チームリーダーによるものです。
&Buzzとしては、この研究成果は大変興味深いものであり、有機半導体の技術革新に寄与できる可能性があると感じました。特に、塗布法を用いた大面積単結晶の製膜が実現された点は注目に値します。今後、この技術の応用範囲や産業への展開を見守っていきたいと考えています。
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