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構造制御した有機強誘電体薄膜によるフレキシブル焦電型赤外線センサの創成

Research Project

Project/Area Number 11J02490
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

黒田 雄介  神戸大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords有機強誘電体 / フッ化ビニリデン / 赤外線センサ / 有機デバイス / 有機薄膜
Research Abstract

焦電型赤外線センサの感度向上には、赤外線感受部の低熱容量化により、熱の逃げを抑える手法が有効的である。本研究では、低温成膜が可能な有機強誘電体を用いることで、低熱容量なフィルム基板上への成膜を可能としてきた。数十μm膜厚のフィルム基板上に有機強誘電体薄膜を形成することで、基板材料・センサ部ともに低熱容量であり、有機材料の特徴でもあるフレキシブルなセンサ開発を行ってきた。しかし、基板への熱拡散による感度、応答性の低下を完全に抑えるまでには至っておらず、さらなる基板フィルム膜厚の薄膜化による感度向上を目指すと同時に、特性を最大限に引き出すために基板を持たない自立構造の作製の検討を行った。
焦電材料はスピンコートにて簡便に成膜可能なフッ化ビニリデン―三フッ化エチレン共重合体P(VDF/TrFE)を用いた。P(VDF/TrFE)スピンコート膜を剥離する手法により、膜厚100nm~数μmの自立薄膜の作製手法を考案し、作製した自立薄膜素子におけるセンサ感度ぐ応答性を評価した。本年度は特に、薄膜化による影響を考察するため、シグナルだけでなくノイズの測定も行うことで、センサのS/N比の指標である比検出能D^*を評価した。フィルム基板(PEN:25μm)上に作製した素子と比較し、D^*において1桁以上の向上が見られた。素子部を自立薄膜とすることにより、赤外線感受部の熱容量を低減することで最大感度のみでなく、応答性も向上し、人感センサとして必要とされる1-10Hzの周波数帯域での大幅な感度向上に成功している。また、自立薄膜構造とすることで、単一の熱要素の仮定による考察が可能となり、応答性の指標となる熱時定数を見積もったところ、500nmの素子で0.013s、1200nmで0.026s、3500nmで0.085sと算出され、応答速度が膜厚に比例することを実証した。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Pyroelectric response of submicron free-standing poly(vinylidene fluoride/trifluoroethylene) copolymer thin films2013

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba, Masahiro Misaki, Kenji Ishida, Yasukiyo Ueda
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 6 Issue: 2 Pages: 21601-21601

    • DOI

      10.7567/apex.6.021601

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Uniaxially aligned nucleation of vinylidene fluoride oligomer single-crystals on highly ordered ultrathin films of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer '2013

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba, Masahiro Misaki, Yasukiyo Ueda, Kenji Ishida
    • Journal Title

      Materials Letters (掲載確定)

      Volume: (掲載確定)

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural and Ferroelectric Characterization of Uniaxially Oriented Vinylidene Fluoride Oligomer Thin Films2012

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba, Masahiro Misaki, Satoshi Horie, Kenji Ishida, Yasukiyo Ueda
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: (掲載確定)

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 強誘電性高分子を用いた自立薄膜焦電センサの熱応答性評価2013

    • Author(s)
      広沢啓介、黒田雄介、小柴康子、三崎雅裕、石田謙司、上田裕清
    • Organizer
      2013年春季 第60回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-28
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of film thickness on the pyroelectric response of free-standing poly(vinylidene fluoride/ trifluoroehylene) copolymer films2013

    • Author(s)
      T. Kurita. Y. Kuroda, Y. Koshiba, M. Misaki, K. Ishida and Y. Ueda
    • Organizer
      Seventh International conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
    • Place of Presentation
      Fukuoka International Congress Center
    • Year and Date
      2013-03-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Pyroelectric Response of Free-Standing Submicron P(VDF/TrFE) Thin Films2012

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba,Masahiro Misaki, Kenji Ishida, Yasukiyo Ueda
    • Organizer
      The 2012 International Conference on Flexible and Printed Electronics
    • Place of Presentation
      The University of Tokyo
    • Year and Date
      2012-09-07
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 強誘電性高分子のサブミクロン自立膜作製と焦電応答特性評価2012

    • Author(s)
      黒田雄介、小谷哲浩、高明天、金村崇、小柴康子、三崎雅裕、堀江聡、石田謙司、上田裕清
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012-03-15
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] In-Plane Orientation of Vinylidene Fluoride Oligomer Thin Films on Alkali Halide Substrate2011

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba, Masahiro Misaki, Satoshi Horie, Kenji Ishida, Yasukiyo Ueda
    • Organizer
      Korea-Japan Joint Forum 2011 on Organic Materials for Electrics and Photonics
    • Place of Presentation
      韓国ヒュンダイホテル
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication and Characterization of Uniaxially Oriented Vinylidene Fluoride Oligomer Thin Films2011

    • Author(s)
      Yusuke Kuroda, Yasuko Koshiba, Masahiro Misaki, Satoshi Horie, Kenji Ishida, Yasukiyo Ueda
    • Organizer
      2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      愛知県産業労働センター
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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