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东京大学开发出可承受150高温灭菌处理的有机晶体管模拟电子技术万芳

发布时间:2020-02-14 10:59:39 阅读: 来源:码垛机厂家

东京大学开发出可承受150℃高温灭菌处理的有机晶体管 - 模拟电子技术 - 电子工程网

以东京大学研究生院工学系研究科教授染谷隆夫和副教授关谷毅准为核心的研究小组在全球首次成功开发出了可承受高温灭菌处理的柔性有机晶体管。设想用于体内植入型装置及细径导管等医疗器械用途。相关开发成果已刊登在英国杂志《NatureCommunications》的在线版上。

此次开发的最大特点是:即使经过20秒的150℃普通灭菌处理,仍可保持晶体管的特性。载流子迁移率在灭菌处理后为1.2cm2/Vs,与灭菌处理前的1.0cm2/Vs以上相比无大变化。另外,导通/截止比在灭菌前后均保持在106以上。

另外,由于开发品是在PI或PEN树脂膜上形成的有机晶体管,因此可弯曲,而且驱动电压也仅需2V。有机半导体采用耐热性高的脱氧核苷酸转移酶(DNTT)。这样就可解决使用有机晶体管的医疗器械在实用化时面临的三大课题:(1)需要拥有与生物体匹配性高的机械柔软度、(2)需要采用对人体安全的低驱动电压、(3)需要能够进行灭菌处理,以降低感染风险,等等。东京大学以前也曾开发过柔性有机晶体管(参阅本站报道1、2、3、4)。

改进栅极绝缘膜

据东京大学染谷教授介绍,要想将有机晶体管的驱动电压降至2V,“栅极绝缘膜成膜必须以纳米级的厚度成膜”,但绝缘膜太薄的话容易发生针孔等局部缺陷,“在高温下容易出现漏电流”。

为了实现150℃耐热性和2V驱动电压,染谷教授的研究小组对有机晶体管的栅极绝缘膜进行了改进。开发品在厚度为4nm的Al氧化膜上形成了厚度为2nm的“自组性单分子膜(self-assembledmonolayer:SAM)”,也就是分子自发性地吸附于特定的物质表面,形成单分子层。此次,该研究小组通过在SAM中采用磷酸正十八酯,开发出可高密度成膜的工艺,消除了高温下出现针孔导致漏电流的现象。而且还通过优化形成Al氧化膜时的等离子体处理的条件,防止了树脂膜的损伤。

此外,有机晶体管的封装方法也有所改变。通过使用有机高分子膜和金属膜两种薄膜封装,可防止高温状态下有机半导体层即DNTT的升华以及有机晶体管的劣化。

此次的成果是东京大学与日本科学技术振兴机构(JST)、美国普林斯顿大学(PrincetonUniversity)、德国马普固体研究所(MaxPlanckInstituteforSolidStateResearch)、美国美国国立标准技术研究所(NIST:NationalInstituteofStandardsandTechnology)、日本广岛大学以及日本化药共同开发获得的。

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