【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NM5158

利用課題名 / Title

有機トランジスタを利用した多機能論理回路の開発

利用した実施機関 / Support Institute

物質・材料研究機構 / NIMS

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

原子薄膜/ Atomic thin film,量子効果/ Quantum effect,ALD,ダイシング/ Dicing,スパッタリング/ Sputtering

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

早川 竜馬

所属名 / Affiliation

物質・材料研究機構

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

BERA Jayanta,山本 勇帆,吉川 康介,関口 遥花,木島 大河

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

尾崎 康子,浦野 絵里

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NM-655：分光エリプソメーター [M2000]
NM-641：スパッタ装置 [CFS-4EP-LL #2]
NM-656：ダイシングソー [DAD3220]
NM-646：赤外線ランプ加熱装置 [RTP-6 #1]
NM-644：原子層堆積装置 [SUNALE R-150]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

Internet of Things (IoT) 社会の実現に向けて無機材料では実現できない分子ならではの多彩な物性を活かした機能性デバイスの開発が求められている。本研究では、分子接合を利用した新規有機トランジスタ、フレキシブル多値論理回路、不揮発性メモリ機能を統合したロジックインメモリ素子を実現することを目指している。上記素子を形成するために本申請課題では、スパッタ装置（NM-641）、原子層堆積装置（NM-644）、膜厚測定装置（NM-655）、ダイシング装置（NM-656）を中心に利用した。

実験 / Experimental

有機p型半導体とn型半導体をチャンネル中央部で重ね合わせた有機ヘテロ接合（pn接合)トランジスタおよび多値論理回路を作製するため、まず4インチ酸化膜付きシリコンウェハーを15mm角にダイシングした。スピンコーターを利用してレジストを塗布し、ダイシング装置（NM-656）により基板カットを実施した。次にゲート電極をスパッタ装置（NM-641）にて堆積し、ゲート絶縁膜として酸化ハフニウムまたは酸化ジルコニウムを原子層堆積装置（NM-644）により成膜した。絶縁膜の膜厚については、分光エリプソメーター（NM-655）を用いて評価した。その後、申請者所有の有機薄膜真空成膜装置および抵抗加熱蒸着装置を用いて有機半導体チャネルおよびソース・ドレイン電極を形成し、有機ヘテロ接合トランジスタおよび3値インバータ回路を作製した。

結果と考察 / Results and Discussion

有機ヘテロ接合トランジスタのゲート絶縁膜に酸化ジルコニウム（誘電率35程度）を用いることで2V程度の低駆動電圧化を実現した。通常、数十Vを必要とする有機トランジスタでは画期的な成果と言える。この低駆動電圧化により、有機ヘテロ接合トランジスタを用いた3値インバータにおいても同様に２V程度でのインバータ動作に成功した。これらの成果は既存のリソグラフィー技術を用いた微細化が困難な有機集積回路の高性能化に繋がる成果である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

酸化ジルコニウム表面像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件