松田建児 工学研究科教授、東口顕士 同助教、鶴岡徹 国立研究開発法人物質?材料研究機構主幹研究員、早川竜馬 同主任研究員、若山裕 同グループリーダーらの研究グループは、光異性化分子の薄膜に光を照射することで、トランジスタ回路などさまざまなデバイスを描画することに世界で初めて成功しました。光異性化分子は、光照射によって絶縁体と半導体の性質を交互に変更できるため、回路の書き換えや電流の制御も可能であり、今回の成果は論理計算デバイスの作成技術としても期待されます。
本研究成果は、2016年11月15日午後2時にアメリカ化学会が発行する「Nano Letters」誌オンライン版で公開されました。
研究者からのコメント
今回の成果は、光で分子构造が可逆に変化する光スイッチ分子の可能性を追求してきた研究の成果であり、単に有机トランジスタの新しい作製手法であるだけでなく、これまで有机エレクトロニクスが苦手としてきた微细化や复雑な回路设计への応用が可能です。将来的には论理演算デバイスの光描画も期待できます。
概要
光异性化反応とは、可视光や紫外光を照射すると分子の构造や电子状态が変化する反応です。変化后も照射する光の波长によって元に戻すことができるため、古くからメモリやセンサに応用できることが指摘されてきました。近年、有机トランジスタの中に光异性化分子を添加して、光に応答するトランジスタ素子の开発が活発になってきましたが、微量の光异性化分子を混合するだけであったため、光で诱起できる电流値の変化は2倍程度でした。一方、有机トランジスタ自身の製造技术としてフレキシブル基板に印刷で素子を作製する技术开発が进められています。しかし従来技术では有机分子が简単に壊れてしまうため、微细化や回路设计に课题が残っていました。
本研究グループはこれまで、光异性化分子を直接トランジスタのチャネル层として使うことで1000倍を超える电流値の制御に成功していました。本研究では、この成果を発展させて、絶縁体状态の光异性化分子の薄膜に极细の光を照射して、一部を半导体にすることでトランジスタ回路を描画することを试みました。
その结果、独自に组み立てた光照射技术と电気特性评価技术を駆使して、ワイヤ状の一次元トランジスタチャネルを并列接合する技术、あたかもバルブで开闭するかのように局所的な光照射で电流の流れを翱狈－翱贵贵する光バルブ机能、驰字构造をしたトランジスタチャネルなど、これまでにない新しい动作原理やデバイス构造を実现しました。さらに、光を照射して絶縁体と半导体の性质を交互に変えることで、何度でも书き込みと消去を繰り返すことができるという要素技术（あるいは机能）をもとに、光强度を変えることで电流を段阶的に制御できる加算回路の作製にも成功しました。
本研究成果は、科研费新学术领域研究「高次复合光応答分子システムの开拓と学理の构筑」の一环として得られたものです。
図：分子构造?素子构造?光照射系の模式図
分子はジアリールエテン中心骨格の両侧にビフェニル基が取り付けられており、开环体では絶縁体、闭环体では半导体の性质を示す。まず开环体（絶縁体）の薄膜を厂颈翱 2 ／厂颈基板上に作製し、その両侧にソース?ドレイン电极を取り付けた。厂颈基板がゲート电极、厂颈翱 2 膜がゲート絶縁层としてはたらく。ここに紫外光（波长325苍尘）を扫引して、闭环体（半导体）に异性化したところだけ、トランジスタチャネルとして电流が流れる。再度、可视光（波长633苍尘）を照射するとチャネルは消去できる。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
Tohru Tsuruoka, Ryoma Hayakawa, Kazuyoshi Kobashi, Kenji Higashiguchi, Kenji Matsuda, and Yutaka Wakayama. (2016). Laser Patterning of Optically Reconfigurable Transistor Channels in a Photochromic Diarylethene Layer. Nano Letters.
- 科学新聞（12月9日 4面）に掲載されました。
