フレキシブル有機トランジスタの電気伝導特性における圧縮・伸張歪みの効果

• Project/Area Number: 16760268
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 関谷 毅 東京大学, 大学院工学系研究科, 助手 (80372407)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 有機トランジスタ / ナノテクノロジー / 有機半導体 / 大面積トランジスタ / 有機デバイス / 有機金属界面制御 / フレキシブルエレクトロニクス / 歪み特性

Research Abstract

折り曲げ可能な有機トランジスタの試作・評価と大面積エレクトロニクスへの応用
本研究プロジェクトでは、ペンタセンを用いて有機トランジスタとしては世界最高水準である移動度1[cm^2・V^<-1>・s^<-1>]以上を実現し、これを応用しフレキシブルなエレクトロニクスの実現に向けて取り組んできた。初年度の研究では、ペンタセンを用いたフレキシブル有機トランジスタに、圧縮・伸張歪みを加えたときの電気伝導特性・ホール電圧・閾値電圧を広い温度領域で測定し、有機トランジスタの形状変化と伝導特性・移動度の関係を明らかにしてきた。その結果、作製された有機トランジスタの可撓性は、表面かきわめて平坦なポリイミドゲート絶縁膜と多結晶状態に組織化されているチャネル層の有機半導体、ペンタセン、が極めて重要な役割を果たすことをつきためた。昨年度は、歪をかけた際にトランジスタの特性変化を抑制し、歪下でも極めて安定に動作する有機トランジスタの作製と電気的特性の評価に取り組んだ。大きな歪をチャネルに生み出す要因は、基板フィルムの厚みであるため、これを10μmまで薄膜化した。また、トランジスタ全体を覆うパリレン高分子封止膜を基板フィルムとまったく同じ厚み10μmにコントロールする技術を確立した。これにより、チャネル層を歪に対して完全に中立な位置に配置し、歪を緩和することに成功し、限界曲げ半径は500μmまで極めて安定にトランジスタ動作することを示した。
これまでの研究を通して、折り曲げることによる歪の効果を分子レベルで理解し、歪印加下で安定して動作する構造を検討してきた。最終年度は、これらの知見を活かし、フレキシブル材料の伝導機構解明を目的とし、高精度のHall測定技術を開発した。その結果、プラスティックフィルム上の有機半導体のHall測定に世界で始めて成功した。
さらには、フレキシブル有機トランジスタを舟いた新しい応用である「フレキシブル電力伝送シート」の開発に成功し、電子デバイス国際会議の最高峰である2006IEEE International Electron Devices Meetingで発表し、高い評価を得た。また、技術詳細は、材料科学雑誌の最高峰であるNature Materialsへの掲載が決まっている。

Research Products

• [Journal Article] A large-area wireless power transmission sheet using printed organic transistors and plastic MEMS switches (2007)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Makoto Takamiya, Yoshiaki Noguchi, Shintaro Nakano, Yusaku Kato, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: Nature Materials (In press)
• [Journal Article] Air-stable operation of organic field-effect transistors on plastic films using organic/metal hybrid passivation layers (2007)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Takao Someya
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics (In press)
  • NAID: 40015465547
• [Journal Article] Effects of Annealing on Pentacene Field-Effect Transistors using Polyimide Gate Dielectric Layers (2006)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Takao Someya, Takayasu Sakurai
  • Journal Title: Journal of Applied Physics 100 Pages: 24513-24513
• [Journal Article] Hall effect measurements using polycrystalline pentacene field-effect transistors on plastic films (2006)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Yasushi Takamatsu, Shintaro Nakano, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: Applied Physics Letters 88 Pages: 253508-253508
• [Journal Article] Submillimeter radius bendable organic field-effect transistors (2006)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Yoshiaki Noguchi, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS 352 Pages: 1769-1769
• [Journal Article] 有機トランジスタの折り曲げ効果 (2006)
  • Author(s): 関谷毅, 染谷隆夫
  • Journal Title: 応用物理学会有機・バイオエレクトロニクス分科会誌「Molecular Electronics and Bioelectronics (M＆BE)誌」特集:M＆BE若手研究の最前線,12月号 7 Pages: 251-251
  • NAID: 10018447155
• [Journal Article] Submillimeter radius bendable organic field-effect transistors (2006)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Yoshiaki Noguchi, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: Journal of Non-Crystalline Solids (印刷中)
• [Journal Article] Ultra-flexible organic field-effect transistors embedded at a neutral strain position (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Yoshiaki Noguchi, Takao Someya, Takayasu Sakurai
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.87 Pages: 173502-173502
• [Journal Article] Suppression of DC bias stress-induced degradation of organic field-effect transistors using postannealing effects (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Tsuyoshi Sekitani, Yusaku Kato, Someya, Takayasu Sakurai
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.87 Pages: 73505-73505
• [Journal Article] Bending Effect of Organic Field-Effect Trasistors with Polyimide Gate Dielectric Layers (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Yusaku Kato, Shingo Iba, Takao Someya
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44 Pages: 2841-2844
• [Journal Article] Bending experiment on pentacene field-effect transistors on plastic films (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Yusaku Kato, Shingo Iba, Hiroshi Shinaoka, Takao Someya, Takayasu Sakurai, Shinichi Takagi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.86 Pages: 73511-73511
  • NAID: 10016573112
• [Journal Article] Organic Field-Effect Transistors with Suppressed DC Bias-Stress Degradations (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Ibe, Yusaku Kato, Yoshiaki Noguchi, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: 2005 MRS Fall Meeting, Hynes Convention Center and Sheraton Boston Hotel, Boston, Massachusetts #M7.11. Pages: 273-273
• [Journal Article] High-Temperature Operation of Pentacene Field-Effect Transistors with Polyimide Gate Insulators (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Yusaku Kato, Shingo Iba, Takayasu Sakurai, Takao Someya
  • Journal Title: Material Research Society Spring Meeting, Symposium I, "Organic Thin-Film Electronics I1.9(印刷中)
• [Journal Article] Bending and recovery tests of organic field-effect transistors (2005)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Takao Someya
  • Journal Title: Japan Journal of Applied physics Vol.44(in press)(印刷中)
  • NAID: 10022540448
• [Journal Article] Pentacene field-effect transistors on plastic films operating at high temperature above 100 [degree]C (2004)
  • Author(s): Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Takao Someya
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.85 Pages: 3902-3904
• [Journal Article] Cut-and-Paste Customization of Organic FET Integrated Circuit and Its Application to Electronic Artificial Skin (2004)
  • Author(s): Hiroshi Kawaguchi, Takao Someya, Tsuyoshi Swkitani, Takayasu Sakurai
  • Journal Title: IEEE Journal of Solid-State Circuits Vol.40 Pages: 177-185
• [Journal Article] A large-area, flexible pressure sensor matrix with organic field-effect transistors for artificial skin applications (2004)
  • Author(s): Takao Someya, Tsuyoshi Sekitani, Shingo Iba, Yusaku Kato, Hiroshi Kawaguchi, Takayasu Sakurai
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Vol.101, Issue 27 Pages: 9966-9970
• [Journal Article] High mobility of pentacene field-effect transistors with polyimide gate dielectric layers (2004)
  • Author(s): Y.Kato, S.Iba, R.Teramoto, T.Sekitani, T.Sakurai, T.Someya
  • Journal Title: Applied Physics Letters Vol.84 Pages: 3789-3789
• [Book] エレクトロニクス高品質スクリーン印刷技術「はじめてのスクリーン印刷」 (2005)
  • Author(s): 関谷 毅, 野口 儀晃, 染谷 隆夫
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] エレクトロニクス高品質スクリーン印刷技術 第8章6節「有機トランジスタ」 (2005)
  • Author(s): 関谷 毅, 野口 儀晃, 佐野 康, 染谷 隆夫
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 触覚ディスプレイ及びその製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 染谷 隆夫, 桜井 貴康, 川口 博, 関谷 毅, 加藤 祐作
  • Industrial Property Number: 2005-267582
  • Filing Date: 2005-09-14