東京大学工学部は2020年10月8日、同大学大学院工学系研究科物理工学専攻の研究グループが、液滴を強くはじく基材表面に有機半導体結晶薄膜を塗布形成する新技術を開発し、理論限界に迫る高急峻なスイッチング性能を示す塗布型薄膜トランジスタ（TFT）の開発と動作確認に成功したと発表した。
塗布型有機半導体は、溶剤に溶かして作ったインクを塗って乾かすことで簡易に半導体デバイスを構築できる。デバイスの高性能化には、均質な半導体薄膜を撥液性が極めて高いゲート絶縁層の上に積層して形成したデバイス構造が有利とされているが、塗布したインクが高撥液な表面上では強くはじかれて丸くなる傾向が強い。これまでの塗布法では、均質な塗布製膜に必要な薄い液膜の形成が困難で、低分子系有機半導体の均質製膜は不可能だった。
そこで今回、均質性の高い半導体結晶膜を高撥液な絶縁層上に塗布形成できる新たな製膜法を開発。シャボン膜メカニズムをヒントに、撥液性の高い表面上でも、はじかれることなく薄い液膜が濡れ広がった状態を維持できる新たな仕掛けを考案し、半導体結晶膜の高均質な塗布形成に成功した。半導体液滴が高撥液な絶縁層表面でも丸くならず、親液性表面上であるかのように濡れ広がった状態を保持できるという。
これを用いて作製した塗布型TFTは、2ボルト以下の低電圧で駆動し、オンオフによる履歴がなく、かつ室温動作での理論的限界値に迫るきわめて高急峻なスイッチング特性を示し、著しく高性能化した。
今回開発した高撥液な絶縁層上への半導体塗布製膜手法は、これまでにないクリーンな半導体、絶縁層界面を構築でき、プリンテッドエレクトロニクスの革新技術になることが期待できる。今後、特に実用化に有利なボトムコンタクト素子で高い性能を発揮するために有利な材料用件を探し、材料、プロセスの一体的な開発を進めていくという。
