新規の小型化有機半導体がフレキシブル電子デバイスをサポート

電界効果トランジスタ（FET）は、集積回路、コンピュータCPU、ディスプレイバックプレーンなどの最新の電子機器のコアビルディングブロックです。有機電界効果トランジスタ（OFET）には、シリコンなどの無機トランジスタと比較した場合、柔軟性があるという利点があります。

OFETは、高感度、機械的柔軟性、生体適合性、特性調整可能性、および製造コストの低さを考えると、ウェアラブル電子機器、コンフォーマルヘルスモニタリングセンサー、曲げ可能なディスプレイなどの新しいアプリケーションで大きな可能性を秘めています。ロールアップできるテレビ画面を想像してみてください。または、スマートウェアラブル電子機器や身に着けている衣服を身に付けて、生体信号を収集し、即座にバイオフィードバックを行います。または、病気の診断、標的を絞った薬物輸送、ミニ手術、その他の医療用途のために体内で機能する無害な有機材料で作られたミニロボット。

これまで、OFETの性能向上と大量生産の主な制限は、OFETの小型化の難しさでした。現在市場に出回っているOFETを使用した製品は、製品の柔軟性と耐久性の点で制限があります。

香港大学（HKU）の機械工学科のDr. Paddy Chan Kwok Leungが率いるエンジニアリングチームは、千鳥構造の単層有機電界効果トランジスタの開発において重要な進歩を遂げました。これにより、 OFET。

OFETのサイズを小さくする際に科学者が直面している主な問題は、サイズを小さくするとトランジスタの性能が大幅に低下することです。これは、電流の流れに抵抗する接触抵抗（界面での抵抗）の問題に部分的に起因しています。デバイスが小さくなると、その接触抵抗がデバイスのパフォーマンスを大幅に低下させる主な要因になります。

千鳥構造の単層OFETは、1000Ω-cmの接触抵抗を持つ従来のデバイスと比較して、40Ω-cmの記録的な低い正規化された接触抵抗を示します。新しいデバイスは、インターフェースでの消費電力を96％節約できるため、システムで発生する熱を削減できます。これは、半導体の故障の原因となる一般的な問題です。これにより、OFETの寸法をサブマイクロメートルスケールに縮小することができます。これは、無機物と互換性のあるレベルでありながら、独自の有機特性を発揮するために効果的に機能します。 「これは、商品化の要件を満たすために重要です」とチャン博士は述べています。

これらのOFETは、信号対雑音比も改善されているため、従来の裸電極を使用して検出することはできなかった弱い信号を検出できます。

フレキシブルOFETは、ディスプレイパネル、コンピューター、携帯電話などの従来のリジッドデバイスを変換し、フレキシブルで折りたたみ可能にすることができます。これらの将来のデバイスは、はるかに軽量で、製造コストも低くなります。

「さらに、それらの有機的な性質を考えると、脳活動を追跡するためのセンサーや神経スパイクセンシングなどの高度な医療アプリケーションや、てんかんなどの脳関連疾患の正確な診断に生体適合性がある可能性があります。」チャン博士は付け加えました。

チャン博士のチームは現在、HKU医学部の研究者や、CityUの生物医学工学の専門家と協力して、さまざまな外部刺激下でマウスの脳の生体内で神経スパイクを検出するために、小型化されたOFETをポリマーマイクロプローブ上の柔軟な回路に統合しています。また、OFETをカテーテルなどの手術器具に統合することも計画しています。カテーテルは動物の脳に挿入して、異常を特定するために脳の活動を直接感知することができます。