東芝は2019年9月2日、有機半導体を用いたフィルム型光センサーによる放射線のパルス検出に、世界で初めて成功したと発表した。
近年、光センサーの中でも、従来のシリコンなどの無機半導体より、薄型、小型、大面積化が期待できる、有機半導体薄膜を用いた光センサー（有機光センサー）の開発が注目されている。
しかし、有機光センサーは従来の方式と比較して、光の検知特性が低かったり、電荷の輸送特性が低いために光検出時に生成した少数の電荷を電流で検出することが困難であったりするために、放射線のパルス検出は困難だった。
今回開発したフィルム型光センサーは、透明電極、バッファ層、有機半導体層、金属電極を積層した構造を持ち、それらを、有機体を主成分としたフィルム上の材料で封止。放射線検出にはこの素子にシンチレータを取り付けて、シンチレータからの光が透明電極とバッファ層を透過し、有機半導体層で吸収して電荷を生成する。その電荷を両電極から電流としてパルス検出する仕組みだ。
今回、有機半導体層の材料構成の最適化および成膜プロセスの改善により、電荷の取り出し効率を向上させ、光検出効率80％以上を達成した。また、測定時の電流ノイズ低減のため、有機半導体層の膜厚などの素子構造も改良した。
開発したフィルム型光センサーを用いてストロンチウム90の検出試験を実施し、ベータ線のパルス検出を確認した。有機半導体層の材料や構造の調整、シンチレータの最適化によって、ガンマ線やエックス線の検出も可能になる。
今回開発した素子部のフィルム化によって、小型、軽量化、曲面状化が可能になり、IoTやウェアラブルセンサーなどへの応用が期待される。また、大面積構造を作りやすいことから、一度により広範囲の計測が可能になるなどの応用も期待できる。
