東京大學開發(fā)出可承受150℃高溫滅菌處理的有機晶體管

　　以東京大學研究生院工學系研究科教授染谷隆夫和副教授關谷毅準為核心的研究小組在全球首次成功開發(fā)出了可承受高溫滅菌處理的柔性有機晶體管。設想用于體內(nèi)植入型裝置及細徑導管等醫(yī)療器械用途。相關開發(fā)成果已刊登在英國雜志《Nature Communications》的在線版上。

　　此次開發(fā)的最大特點是：即使經(jīng)過20秒的150℃普通滅菌處理，仍可保持晶體管的特性。載流子遷移率在滅菌處理后為1.2cm2/Vs，與滅菌處理前的1.0cm2/Vs以上相比無大變化。另外，導通/截止比在滅菌前后均保持在106以上。

　　另外，由于開發(fā)品是在PI或PEN樹脂膜上形成的有機晶體管，因此可彎曲，而且驅動電壓也僅需2V。有機半導體采用耐熱性高的脫氧核苷酸轉移酶（DNTT）。這樣就可解決使用有機晶體管的醫(yī)療器械在實用化時面臨的三大課題：(1）需要擁有與生物體匹配性高的機械柔軟度、（2）需要采用對人體安全的低驅動電壓、（3）需要能夠進行滅菌處理，以降低感染風險，等等。東京大學以前也曾開發(fā)過柔性有機晶體管 。

改進柵極絕緣膜

　　據(jù)東京大學染谷教授介紹，要想將有機晶體管的驅動電壓降至2V，“柵極絕緣膜成膜必須以納米級的厚度成膜”，但絕緣膜太薄的話容易發(fā)生針孔等局部缺陷，“在高溫下容易出現(xiàn)漏電流”。

　　為了實現(xiàn)150℃耐熱性和2V驅動電壓，染谷教授的研究小組對有機晶體管的柵極絕緣膜進行了改進。開發(fā)品在厚度為4nm的Al氧化膜上形成了厚度為2nm的“自組性單分子膜（self-assembled monolayer: SAM）”，也就是分子自發(fā)性地吸附于特定的物質表面，形成單分子層。此次，該研究小組通過在SAM中采用磷酸正十八酯，開發(fā)出可高密度成膜的工藝，消除了高溫下出現(xiàn)針孔導致漏電流的現(xiàn)象。而且還通過優(yōu)化形成Al氧化膜時的等離子體處理的條件，防止了樹脂膜的損傷。

　　此外，有機晶體管的封裝方法也有所改變。通過使用有機高分子膜和金屬膜兩種薄膜封裝，可防止高溫狀態(tài)下有機半導體層即DNTT的升華以及有機晶體管的劣化。

　　此次的成果是東京大學與日本科學技術振興機構（JST）、美國普林斯頓大學（Princeton University）、德國馬普固體研究所（Max Planck Institute for Solid State Research）、美國美國國立標準技術研究所（NIST：National Institute of Standards and Technology）、日本廣島大學以及日本化藥共同開發(fā)獲得的。