微小有機半導体が次世代フレキシブルエレクトロニクスを実現

電界効果トランジスタ（FET）は、集積回路、CPU、ディスプレイバックプレーンなど現代エレクトロニクスの核となる構成要素です。有機FET（OFET）は、シリコンなどの無機材料と異なり柔軟性を持つという利点があります。

OFETの可能性と課題

OFETは高感度、機械的柔軟性、生体適合性、特性の調整容易さ、低コスト製造という特長を持ち、ウェアラブルエレクトロニクス、装着型健康モニタリングセンサー、曲面ディスプレイなどへの応用が期待されています。巻き取り可能なテレビ画面、生体信号をリアルタイム収集するスマートウェア、体内で作業する微小有機ロボットなど、夢のある応用が想像されます。

しかしこれまで、OFETの微細化が困難だったため、性能向上と量産の主要なボトルネックとなっていました。市販のOFET製品は柔軟性と耐久性の面で限界がありました。

香港大学チームが画期的構造を開発

香港大学機械工学部のパディ・チャン・クォック・レオン博士率いるチームが、スタッガード構造単層OFETを開発し、OFETの小型化を大きく前進させました。

接触抵抗問題を解決

OFET微細化の最大の課題は、サイズ縮小に伴う性能大幅低下でした。その主因は接触抵抗（界面抵抗）で、デバイスが小さくなるとこれが支配的になり、電流の流れを妨げて性能を劣化させます。

新しいスタッガード構造単層OFETは、正規化接触抵抗40Ω・cmを達成し、従来デバイス（1,000Ω・cm）比で96%の電力損失削減を実現しました。これにより界面発熱が抑制され、半導体故障の一般的原因を除去。サブミクロンスケールまで微細化しても有機材料特有の特性を維持しながら有効に機能します。「これが商業化要件を満たす上で極めて重要です」とチャン博士は述べています。

信号対雑音比も向上

さらに信号対雑音比が改善され、従来の裸電極では検出できなかった微弱信号の検出が可能になりました。

医療応用への期待

有機材料であるため生体適合性が高く、脳活動追跡センサー、神経スパイク検出、てんかんなど脳関連疾患の精密診断への応用が期待されています。現在、香港大学医学部およびシティユーの生体医工学専門家と協力し、マウス脳での神経スパイク検出用ポリマープローブへの統合や、カテーテルなど手術ツールへの組み込みを進めています。

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