ナノ物理学者らが高性能な有機フォトトランジスタを開発

(Nanophysicists developed a high-performance organic phototransistor)

2019/1/8 ドイツ連邦共和国・ヴェストファーレン・ヴィルヘルム大学 (WWU)

・ WWU と中国の研究者らが、検出した光を高効率で検知可能な電流に変換する、有機薄膜光検出器(OPTs)アレイを開発。
・ 光から電気信号への光検出器による変換は、画像処理、光通信や医療センシング等の多様なアプリケーションに不可欠。フレキシブルで低コスト、軽量で大面積プロセスと精緻な分子エンジニアリングが容易な有機光検出器は、折り畳める電子デバイス等の次世代アプリケーションに向けて関心を集めている。
・ 現在の OPTs では、多くの有機光応答材料で電子移動度が低いことが電荷キャリアの輸送と収集の効率を制限しているため、無機材料やハイブリッド材料による光検出器に比して開発に遅れをとっている。・ 同薄膜 OPTs アレイは、電子移動と光電気特性の均衡のために 2.6-ジフェニルアントラセン(DPA) をベースとしたもの。微小分子から構成される同 OPT デバイスは、高度な光感度性、光応答性と検出能を提供する。これらの特性は、現在最高性能の OPTs を超えるもの。
・ さらに、同OPTデバイスは空気中での高い安定性も提示。同OPTデバイスの高い性能は実験データと原子論的シミュレーションによる説明が可能で、このことは合理的なデバイス開発において重要。・ WWU では、基礎研究とセンサー技術やデータ転送等の実際のアプリケーションの双方において、 DPA が高性能 OPTs 実現の機会を提供すると考える。
・ 本研究には、German Research Foundation (SFB 858 und TRR 61)が資金を提供した。
URL: https://www.uni-muenster.de/news/view.php?cmdid=10020&lang=en

(関連情報)
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト)
Band-like transport in small-molecule thin films toward high mobility and ultrahigh detectivity phototransistor arrays
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-018-07943-y

Abstract

With the fast development of organic electronics, organic semiconductors have been extensively studied for various optoelectronic applications, among which organic phototransistors recently emerged as one of the most promising light signal detectors. However, it is still a big challenge to endow organic phototransistors with both high mobility and high light-sensitivity because the low mobility of most organic photoresponsive materials limits the efficiency of transporting and collecting charge carriers. We herein report band-like charge transport in vacuum-deposited small-molecule thin films for organic phototransistor arrays which can be operated at very low dark currents (~10^-12 A). Both high mobility and excellent optical figures of merit including photosensitivity, photoresponsivity and detectivity are achieved, wherein, unprecedentedly, a detectivity greater than 10¹⁷ cm Hz^1/2 W^-1 is obtained. All these key parameters are superior to state-of-the-art organic phototransistors, implying a great potential in optoelectronic applications.