mile米乐集团 通过控制高分子半导体的“间隙”，将掺杂量提高100倍

东京大学先端科学研究生院、材料创新研究中心、日本科学技术振兴机构 (JST)、米乐m6官方网站AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室（注 1）在国际上首次揭示了高分子半导体中的空间位阻与分子掺杂之间的相关性，并成功通过控制高分子半导体中“间隙”的大小，将掺杂量提高了100倍。

此研究成果发表在国际科学期刊《通讯材料”将于2020年11月4日版发布。这项研究是作为日本科学技术振兴机构（JST）战略基础研究推进项目（PRESTO）研究领域“超空间控制和创新功能创造”（研究主管：黑田和幸）和研究主题“通过分子植入创造超分子电子”（研究员：东京大学前沿科学研究生院材料科学系副教授渡边俊一郎）的一部分进行的。

＜背景＞

通过在半导体晶体中添加杂质（掺杂剂），可以精确控制半导体中电子的数量和能量。杂质掺杂是支持硅电子学最重要的半导体技术。自从发现塑料和橡胶等聚合物的半导体特性以来，杂质掺杂已被应用于聚合物，并且其作为各种电子功能材料的工业应用正在不断扩大。硅中的杂质掺杂是通过用其他原子取代形成晶格的硅原子来实现的。另一方面，在掺杂聚合物半导体时，需要将具有独特形状和尺寸的聚合物分子与掺杂剂分子结合，并且必须控制复杂的位阻。

该研究小组专注于聚合物半导体中结晶度特别高的结晶聚合物半导体，并进行了杂质掺杂的研究（S Watanabe，等人，《自然》2019 年， http://wwwku-tokyoacjp/info/entry/22_entry760/）。聚合物本质上是一维链，其结构中链错综复杂地交织在一起，就像煮沸的意大利面条一样，但结晶聚合物半导体的特点是相对刚性的骨架，使得链在煮沸之前像意大利面条一样规则排列。该研究小组在世界上首次报告了每单位结晶聚合物半导体高密度复合一个掺杂剂分子的技术。在这种高密度分子复合状态下最大化杂质掺杂效果的分子设计准则尚未明确。

＜方法与结果＞

为了解决这些问题，该研究小组专注于结晶聚合物半导体中的纳米级“间隙”，系统地研究了空间位阻与分子掺杂之间的相关性。结果，通过精确控制周期性添加到导电骨架上的侧链的密度并适当扩大间隙（见图），我们成功地将分子掺杂量增加了约100倍。此外，通过扩大该间隙的结晶聚合物半导体，可以将体积比传统掺杂剂分子大约三倍的掺杂剂分子结合起来，并且我们还成功地创造了近乎密堆积的分子复合材料。

<未来展望>

通过阐明结晶聚合物半导体中的间隙与掺杂剂分子尺寸之间的关系，迄今为止无法实现的各种分子复合材料的设计指南已经变得清晰。此外，人们还发现，紧密堆积的分子复合材料可以让电流像金属一样更容易流动，并且还具有改善的热耐久性和环境耐久性。未来，预计我们将能够通过极其简单的化学操作（例如结合不同的分子）来创造创新的电子和离子材料。

Shinya Kono（东京大学前沿科学研究生院材料科学系硕士一年级学生）
Yu Yamashita（东京大学前沿科学研究生院材料科学系博士后研究员）
Junichi Takeya（东京大学前沿科学研究生院材料科学系教授/
合作研究组织材料创新研究中心 (MIRC) 特聘教授/
米乐m6官方网站、产业技术综合研究所/东京大学、先进操作数测量技术开放创新实验室、客座研究员）
Itaru Ozaka（广岛大学先端科学与工程研究生院应用化学项目教授）
Shunichiro Watanabe（东京大学前沿科学研究生院材料科学系副教授/
日本科学技术振兴机构 PRESTO 研究员/
米乐m6官方网站、日本产业技术研究院/东京大学、先进操作数测量技术开放创新实验室、客座研究员）

杂志名称：“通讯材料” （网络版：11 月 4 日）
论文标题：控制最密堆积超分子导体分子掺杂的空间选择性
作者：Shinya Kohno、Yu Yamashita、Naotaka Kasuya、Tsubasa Mikie、Itaru Osaka、Kazuo Takimiya、Jun Takeya 和 Shun Watanabe*
DOI 号：101038/s43246-020-00081-3

（注 1）AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室

AIST 和东京大学于 2016 年 6 月 1 日在东京大学柏校区建立的研究中心。我们通过结合彼此的种子技术，加强以“桥接”为目的的基础研究，构建产学官网络，开展利用尖端操作测量技术的生物功能材料、新材料、创新装置等的产业化和实际应用的研发。[返回来源]