東京大學(xué)開(kāi)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)谷毅準為核心的研究小組在全球首次成功開(kāi)發(fā)出了可承受高溫滅菌處理的柔性有機晶體管。設想用于體內植入型裝置及細徑導管等醫療器械用途。相關(guān)開(kāi)發(fā)成果已刊登在英國雜志《Nature Communications》的在線(xiàn)版上。
此次開(kāi)發(fā)的最大特點(diǎn)是:即使經(jīng)過(guò)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(wú)大變化。另外,導通/截止比在滅菌前后均保持在106以上。
另外,由于開(kāi)發(fā)品是在PI或PEN樹(shù)脂膜上形成的有機晶體管,因此可彎曲,而且驅動(dòng)電壓也僅需2V。有機半導體采用耐熱性高的脫氧核苷酸轉移酶(DNTT)。這樣就可解決使用有機晶體管的醫療器械在實(shí)用化時(shí)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動(dòng)電壓、(3)需要能夠進(jìn)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(kāi)發(fā)過(guò)柔性有機晶體管 。
改進(jìn)柵極絕緣膜
據東京大學(xué)染谷教授介紹,要想將有機晶體管的驅動(dòng)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(huà)容易發(fā)生針孔等局部缺陷,“在高溫下容易出現漏電流”。
為了實(shí)現150℃耐熱性和2V驅動(dòng)電壓,染谷教授的研究小組對有機晶體管的柵極絕緣膜進(jìn)行了改進(jìn)。開(kāi)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(guò)在SAM中采用磷酸正十八酯,開(kāi)發(fā)出可高密度成膜的工藝,消除了高溫下出現針孔導致漏電流的現象。而且還通過(guò)優(yōu)化形成Al氧化膜時(shí)的等離子體處理的條件,防止了樹(shù)脂膜的損傷。
此外,有機晶體管的封裝方法也有所改變。通過(guò)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(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)、美國美國國立標準技術(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(kāi)發(fā)獲得的。
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