東京大學於日前發表,利用塗佈型半導體,成功地開發了一項能以世界最高水準之超高速運行的互補型振盪電路。相較於既有的半導體,可利用溶液塗佈形成的半導體能以價格較為低廉的設備形成大面積半導體,因此可望應用於各種產品,其中尤以π電子分子集合體之有機半導體相關的研究持續推展中。然而p型有機半導體的高性能化不斷推進,但可與p型器件組合並具有相同性能之n型有機半導體的開發卻未有突破,進而妨礙了高速動作與積體化的發展。
對此,東京大學將焦點放在具有n型半導體功能,且與最先進之p型有機半導體呈現互補的氧化銦等無機半導體。然而,塗佈型氧化物半導體即使在形成後,其特性也會因環境因素而發生很大變化,因此,一般認為很難開發出將塗佈型有機半導體與氧化物半導體予以組合之有機-無機複合互補型積體電路。
為了克服此一課題,東京大學首先形成了氧化物半導體與薄膜電晶體(TFT)的圖案化(patterning)。氧化物半導體採用了氧化銦-氧化鋅(IZO),在塗佈前驅物溶液後,透過大氣條件下的燒結與微影成像(Photolithography)製成n型TFT。
此外,研究團隊製作了做為IZO密封層兼有機半導體接地層之絕緣層,並將C9-DNBDT-NW予以積層。在積層過程中,首先將 C9-DNBDT-NW 塗覆於經過超親水處理的玻璃上以形成單晶薄膜,並採用以水為驅動力的溫和轉移手法,藉此實現了抑制對IZO TFT特性影響並進行積層。接著同樣利用微影成像形成 C9-DNBDT-NW TFT,製作出有機-無機複合互補型振盪電路。
做為互補型電路的例子,東京大學製作了振盪電路種類之一的環形振盪器(Complementary Ring Oscillators)。研究團隊利用微影成像進行了微米級解析度之TFT圖案化,並成功地以77kHz的頻率運行了5段互補型環形振盪器。考慮到驅動電壓,此C9-DNBDT-NW/IZO互補型電路表現出塗佈型半導體最高水準的高速運行。
此次東京大學製造的元件亦可在軟性塑膠基板上製作,今後可望有更廣泛的應用。此外,透過各半導體成膜或TFT圖案化的改良,藉以實現高解析度化、高積體化,將可望進一步達到高速化、實用化等目標。