結合壓縮應變與低溫控制,東京大學實現有機半導體單晶體10倍電子遷移率

 

刊登日期:2025/11/14
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東京大學開發了一項有機半導體單晶體之電子遷移率可較以往提升10倍的技術。研究團隊將單晶體沿單一方向予以壓縮,並在此狀態下注入高密度電荷載子,且在低溫下抑制熱振動,最終實現了二維正電洞氣體(2D Hole Gas; 2DHG)表現出超過100 cm²V⁻¹s⁻¹的高載子遷移率,同時也是世界首例。東京大學表示,若能採用熱振動更小的分子結構,預期性能將能進一步提升,未來將持續推動在高性能電子元件的應用。
 
在此次研究中,東京大學利用了厚度僅有數個分子層的單晶體薄膜。在有機半導體中施加3%的壓縮應變,並建構電雙層電晶體(EDLT)結構,以最大達到每4個分子誘發1個電荷的狀態,進而評估載子輸送特性。經實驗確認,在溫度180 K下可達到20 cm²V⁻¹s⁻¹的遷移率,而在低溫2 K下則達到117 cm²V⁻¹s⁻¹。
 
東京大學指出,載子輸送特性高度受到熱振動影響。此次研究成果結合了壓縮應變帶來的分子熱振動縮小效果,以及低溫環境下熱能的抑制效果,有助於探索有機半導體載子輸送的本質極限。今後除了推動應用研究之外,亦計畫將高遷移率二維正電洞氣體應用於量子電子學等基礎研究領域。

資料來源: https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/0027759.html
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