NIMSなど、大気下・室温で印刷プロセスのみを用いて高性能有機TFTを形成

物質・材料研究機構(NIMS)と岡山大学は5月8日、大気下・室温で完全印刷プロセスにより、有機薄膜トランジスタ(TFT)を形成する技術を確立した。また、同技術でフレキシブル基板上に形成した有機TFTの平均移動度が7.9cm²V^-1s^-1を達成したと発表した。

同成果は、NIMS 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点の三成剛生MANA独立研究者、岡山大学 異分野融合先端研究コアの金原正幸助教(コロイダル・インク 代表取締役社長)らによるもの。詳細は、「Advanced Functional Materials」に掲載される予定。

インク状にした機能性材料の印刷によって、電子素子を作製するプリンテッドエレクトロニクスは、低コスト・大面積の新しい半導体素子形成技術として近年注目を集めている。プラスチックや紙などのフレキシブルな基板に印刷することができれば、ロールツーロール印刷による大量生産や、様々なアプリケーションへの展開が期待できる。しかし、従来のプリンテッドエレクトロニクスは、100～200℃以上の高温プロセスを必要とし、プラスチックや紙などの非耐熱性基板への印刷は不可能とされてきた。

今回、研究グループは、室温で塗布乾燥するだけで固体金属と同レベルの導電性を有する金属ナノインクの開発に成功した。ナノメートルサイズの金属粒子に芳香族性の分子を配位させ、インクに分散させることにより、室温導電性が発現した。これにより、非耐熱性基板への電極形成が可能になったという。また、基板の表面を薄い撥水性ポリマーの膜で覆い、光学的手法で形成した親水性のパターンに金属ナノインクを選択的に塗布して、精密な電極を形成する新しいプロセスを開発した。この1℃の昇温も必要としないプロセスにより、フレキシブルな基板への精密な電極印刷が可能になったとしている。なお、同プロセスで形成された有機TFTは、性能面においても高温プロセスによる従来品を大きく上回っている。

今回開発された室温プリンテッドエレクトロニクス技術により、従来、熱による変形で不可能とされてきたフレキシブル基板への電子素子の印刷が可能になるだけでなく、紙や布など、これまでプリンテッドエレクトロニクスの対象として考えられなかった材料への印刷が可能になり、さらには生体材料のような環境変化に極めて弱いものの表面にも電子素子を作製することが可能となる。これにより、医療やバイオエレクトロニクスなど、様々な分野への応用に繋がることが期待できるとコメントしている。