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摘 要：研究小组使用具有均匀分子量的低分子材料，成功开发出在大气中稳定并能够使空穴和电子同时流动的双极型半导体材料。在主流低分子型有机半导体材料——π共轭分子中，很难达到表现这种传输特性所需的电子状态，但在本研究中，通过使用以具有d亚层电子的金属为中心的d/π共轭骨架，实现了不易与水和氧发生反应且化学稳定的电子结构。通过将该骨架与适当的侧链结合，实现了兼具高有序性、高维度和高溶液加工性的新型分子半导体材料。
关键词：双极型分子半导体、低分子材料、 p型/n型半导体、有机半导体材料、d/π共轭分子
研究要点
•开发出一种双极型分子半导体材料，可以通过单一成分使空穴和电子同时流动。
•传统的电子传输材料大多需要在严格排除氧和水的真空状态或惰性气体气氛中使用，但本研究实现了在大气中高度稳定并表现出优异的空穴和电子传输特性的材料。
•确立了高性能且在大气中高度稳定的双极型半导体材料的设计指南，该材料有望应用于有机太阳能电池等新一代有机电子器件。
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发表概要
由东京大学物性研究所研究生伊藤雅聪、助教藤野智子、教授森初果组成的小组和尾崎泰助教授，以及大阪公立大学研究生院工学研究科副教授牧浦理惠、研究员Kanokwan Jumtee Takeno在研究生张磊（当时）、研究员横森创（当时，现为立教大学理学部化学科助教）、产业技术综合研究所电子光基础技术研究部门高级研究员东野寿树的协助下，使用具有均匀分子量的低分子材料，成功开发出在大气中稳定并能够使空穴和电子同时流动的双极型半导体材料。
東京大学物性研究所の伊藤雅聡大学院生、藤野智子助教、森初果教授のグループと尾崎泰助教授、および大阪公立大学大学院工学研究科の牧浦理恵准教授と武野カノクワン研究員は、Lei Zhang大学院生（研究当時）、横森創研究員（研究当時、現在：立教大学理学部化学科助教）、産業技術総合研究所電子光基礎技術研究部門の東野寿樹主任研究員の協力のもと、分子量のそろった低分子材料を用いて大気下で安定な、ホールと電子の双方を流すことのできるアンバイポーラ型半導体材料の開発に成功しました。
双极型半导体兼具空穴传输p型半导体和电子传输n型半导体的特性，因此作为在有机电子器件开发中发挥关键作用的新型半导体材料而备受瞩目。尤其是大多材料难以在大气中稳定，虽然在p型和n型半导体的复合材料，以及一些聚合物型材料中曾发现过这种大气稳定特性，但在复合材料中，存在接触界面传导效率下降、在聚合物中难以获取对于性能控制十分重要的结构信息等问题。
有機エレクトロニクスデバイスの発展を担う新しい半導体材料として、ホールを輸送するp型半導体と、電子を輸送するn型半導体の両方の性質を兼ね備えたアンバイポーラ型半導体が注目されています。特に大気中での安定な材料の実現が難しく、別々のp型半導体とn型半導体を複合させた材料や一部のポリマー型材料などでこうした特性が見出されてきましたが、複合材料では接触界面における伝導効率の低下や、特性の制御に重要な構造情報がポリマーにおいては入手困難である点が問題となっていました。
在主流低分子型有机半导体材料——π共轭分子中，很难达到表现这种传输特性所需的电子状态，但在本研究中，通过使用以具有d亚层电子的金属为中心的d/π共轭骨架，实现了不易与水和氧发生反应且化学稳定的电子结构。通过将该骨架与适当的侧链结合，实现了兼具高有序性、高维度和高溶液加工性的新型分子半导体材料。
低分子型有機半導体材料の主流であるπ共役系分子（注１）では、こうした輸送特性の発現に必要となる電子状態を実現するのは困難でしたが、今回、d電子をもつ金属を中心に据えたd/π共役系骨格を利用することで、水・酸素と反応しにくい化学的に安定な電子構造を実現しました。この骨格に適切な側鎖（注２）を組み合わせることで高秩序性・高次元性・溶液加工性を両立させた新たな分子性半導体材料を実現しました。