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日本开发出可用于应力及振动传感器的超高灵敏度有机半导体 |
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| http://cn.newmaker.com
4/8/2016 9:05:00 AM
日经BP社
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东京大学2016年4月4日宣布，与东京工业大学共同开发出了只施加手指力量即可使电导率提高约1倍的半导体材料“单晶体高迁移率有机半导体薄膜”。有望用于作为IoT基础的各种低成本传感器，例如心率传感器等医疗健康器件和监护机器人的输入所必须的人体动作传感器、桥梁及道路等构造物的劣化诊断所必须的应变传感器，等等。
有机半导体与硅等无机半导体相比，在机械特性上具有柔软性，能够以简单的印刷方法低成本生产。普通有机半导体晶体管多为结晶轴方向随机的晶粒的集合，也就是多晶体，因此应力导致的应变效应会影响晶粒间的电流，响应的大小无法控制。
而此次开发的器件通过使用单晶体的有机半导体，可在物理性上满足对应力的电流响应要求，获得了相应的传感器功能。而且，还采用了使高迁移率有机半导体材料C10-DNBDT薄膜结晶化、薄膜厚度不到50nm的独特的溶液涂敷制膜方法，从而实现了高灵敏度。
在塑料薄膜上制作单晶体有机半导体晶体管，向其施加手指就能实现的小幅应力时，显示出了可获得3％应变的柔软性，以及电导率提高约1倍的高应力应变响应性。这一应变灵敏度是以往金属薄膜应变传感器的15倍。应变灵敏度出色的柔软传感器在生物体动作的感测方面具有优势。
另外，凭借应变效应，响应速度也得到大幅提高。作为半导体性能指标的迁移率方面，目前最高水平为10cm2/Vs，而这种薄膜高达17cm2/Vs，这表明电流响应速度提高了70％。通过在应力下实施晶体结构分析和理论计算，已确认这一出色响应得益于抑制分子热振动的新型应力响应效应。
此次的成果已刊登在Nature Group的学术期刊《Nature Communications》上。另外，《Nature Asia Materials》也刊载了相关论文。（特约撰稿人：工藤 宗介）
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