概要

物質・材料研究機構 (以下NIMS) と東京理科大学の研究グループは、アンチ・アンバイポーラトランジスタと呼ばれる特殊な有機トランジスタを用い、5つの2入力論理演算回路 (AND, OR, NAND, NOR, XOR) を単一トランジスタで実証することに成功しました。2つの入力電圧を調整することで種々の論理演算回路を電気的に切り替えられるため、再構成可能な論理演算回路として利用できます。有機材料のもつ軽量性と回路設計の柔軟性を活かした高性能モバイル端末の開発に繋がると期待されます。

情報量が飛躍的に増大するInternet of Things (IoT) 社会において軽量性と高い情報処理能力を兼ね備えた高性能モバイル端末の開発が求められています。有機トランジスタを集積した有機集積回路は、その基幹技術として期待されていますが、既存の微細加工技術が適応できないため、その集積度は極めて低いという課題がありました。

上記課題に対し、本研究グループは、ある一定以上のゲート電圧を印加するとドレイン電流が減少する特殊な有機トランジスタ (アンチ・アンバイポーラトランジスタ) をデュアルゲート型トランジスタへ拡張し、2入力論理演算回路として応用しました。

トップゲートおよびボトムゲート電圧を入力電圧とし、ドレイン電流を出力信号とすることで5つの2入力論理回路動作を単一トランジスタで、しかも室温で実証することに成功しました。既存の集積回路では、NAND回路を形成するために4個、XOR回路を形成するためには12個のトランジスタを必要としますが、本提案素子では一つのトランジスタで実現できるため、大幅な素子数の削減に繋がります。これまで有機エレクトロニクスが苦手としてきた有機集積回路の高性能化が期待できます。今後、入力電圧により種々の論理演算回路を電気的に切り替えられる特徴を活かして再構成可能集積回路へ応用することを目指します。

本研究は、NIMS - 東京理科大学連携大学院制度のもと、NIMS国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 量子デバイス工学グループの 早川 竜馬 主任研究員、中払 周 主幹研究員、若山 裕 グループリーダー、東京理科大学　本間航介、金井要 教授により行われました。また、本研究は、科学研究費補助金　基盤A「集積度の飛躍的な向上を目指した有機負性抵抗トランジスタの開発 (研究代表者 若山裕) 」 (19H00866) の支援を得て行われました。

本研究成果は、2022年2月10日付でAdvanced Materials誌にAccepted Articles としてオンライン公開されています。

掲載論文

題目 : Electrically Reconfigurable Organic Logic Gates: A Promising Perspective on a Dual-Gate Antiambipolar Transistor
著者 : Ryoma Hayakawa, Kosuke Honma, Shu Nakaharai, Kaname Kanai, and Yutaka Wakayama
雑誌 : Advanced Materials
掲載日時 : 2022年2月10日 (Accepted Articlesとしてオンライン掲載)
DOI : 10.1002/adma.202109491