東京大學(xué)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(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授染谷隆夫和副教授關(guān)谷毅準(zhǔn)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(shè)想用于體內(nèi)植入型裝置及細徑導(dǎo)管等醫(yī)療器械用途。相關(guān)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(dǎo)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(qū)動電壓也僅需2V。有機半導(dǎo)體采用耐熱性高的脫氧核苷酸轉(zhuǎn)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(qū)動電壓、（3）需要能夠進行滅菌處理，以降低感染風(fēng)險，等等。東京大學(xué)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(xué)染谷教授介紹，要想將有機晶體管的驅(qū)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(qū)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(zhì)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)與日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)（JST）、美國普林斯頓大學(xué)（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(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（NIST：National Institute of Standards and Technology）、日本廣島大學(xué)以及日本化藥共同開發(fā)獲得的。