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Development of transparent diodes using oxide semiconductors and these applications to energy harvesting circuits

Research Project

Project/Area Number 16K06327
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionOsaka Institute of Technology

Principal Investigator

MAEMOTO TOSHIHIKO  大阪工業大学, 工学部, 教授 (80280072)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉村 勉  大阪工業大学, 工学部, 教授 (00460767)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords酸化物半導体 / 透明ダイオード / レクテナ / エナジーハーベスティング / 酸化亜鉛 / RFID / フレキシブル / セルフスイッチングダイオ ード / 薄膜トランジスタ / セルフスイッチングダイオード / 環境発電 / 自己整流型ダイオード
Outline of Final Research Achievements

We developed a fabrication process of zinc oxide thin film transistor using cyclo-olefin polymer as a flexible substrate, and elucidated the mechanism of bending resistance test and property deterioration. In the repeated bending resistance test, the TFT operated stably even with 100 times of repetition with a radius of curvature of 5 mm, and it was clarified that the oxide material has flexibility comparable to that of the organic material. On the other hand, an oxide diode having a MIS structure was developed, and a maximum current value of 7.0 mA/mm, a rectification ratio of four digits or more was obtained. In addition, using a flexible TFT fabrication process, we succeeded in fabricating a flexible oxide diode with almost no decrease in rectification ratio compared to a flat state for a bend of 15 mm in curvature.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、酸化物ワイドバンドギャップ半導体でかつ透明な酸化亜鉛を用いて完全透明なプレーナ型の酸化物ダイオードを開発することを目的として研究を行った。さらに応用展開として、マイクロ波を直流電流に整流変換するアンテナであるレクテナへ利用することで、微弱電波やマイクロ波エネルギーを高効率で電流に常時変換できるエナジーハーベスティング回路への応用を目指した。酸化物デバイスが有機材料並みの柔軟性を有することを明らかにし、柔らかいフィルム素材の上に酸化物半導体を形成する技術は、ウエラブルセンサなど人間の生体情報を計測する技術への応用も期待できる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (35 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (26 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] Bending Durability of Zinc Oxide Thin-films Transistors Formed on Flexible Substrates2018

    • Author(s)
      永山幸希,松田宗平,カルトシュタインオリバー,大浦紀頼,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Journal Title

      Vacuum and Surface Science

      Volume: 61 Issue: 5 Pages: 274-279

    • DOI

      10.1380/vss.61.274

    • NAID

      130006733712

    • ISSN
      2433-5835, 2433-5843
    • Year and Date
      2018-05-10
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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of He plasma treatment on zinc oxide thin film transistors2017

    • Author(s)
      Shotaro Shinya, Toyokazu Kaneko, Masatoshi Koyama, Toshihiko Maemoto, and Shigehiko Sasa
    • Journal Title

      IEEE Xplore

      Volume: - Pages: 66-67

    • DOI

      10.1109/imfedk.2017.7998045

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  • [Journal Article] Study for Enhancement of Terahertz Radiation Using GaSb/InAs Heterostructures2017

    • Author(s)
      S. Sasa, Y. Kinoshita, M. Tatsumi, M. Koyama, T. Maemoto, S. Hamauchi, I. Kawayama, and M. Tonouchi
    • Journal Title

      IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series

      Volume: 906 Pages: 012015-012015

    • DOI

      10.1088/1742-6596/906/1/012015

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  • [Journal Article] 溶液法を用いた酸化亜鉛系薄膜トランジスタの作製および熱ナノインプリント法による酸化物薄膜のダイレクトパターニング2017

    • Author(s)
      木村 史哉,アブドゥラ ハナキ,孫 屹,佐々木 祥太,永山 幸希,小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦
    • Journal Title

      電子情報通信学会 信学技報

      Volume: ED2016-132, SDM2016-149 Pages: 13-16

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    • Author(s)
      藤原壮大,金子豊和,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
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      日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会第1回講演会・見学会
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      大浦 紀頼,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
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      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] ミストCVD法による3C-SiC(111)テンプレート基板へのGa2O3ヘテロエピタキシャル成長2018

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      金子豊和,藤原壮大,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
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      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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    • Organizer
      Int. Symp. on Transparent Conductive Materials
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  • [Presentation] 溶液プロセスによる酸化物薄膜トランジスタの作製とバッファ層挿入による高性能化2018

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      大浦紀頼,高野圭祐,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
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      電気関係学会関西連合大会
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  • [Presentation] ミストCVD法によって成長した (111) 3C-SiC テンプレート基板上ε-Ga2O3 薄膜の熱的安定性2018

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      金子豊和,藤原壮大,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
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      電気関係学会関西連合大会
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  • [Presentation] 酸化物半導体を用いたフレキシブル薄膜トランジスタの室温形成と曲げ耐性評価2018

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      熊谷敏宏,大浦紀頼,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      電気関係学会関西連合大会
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  • [Presentation] 酸化亜鉛を用いたMIS型セルフスイッチングダイオードの作製と評価2017

    • Author(s)
      松田 宗平,永山 幸希,孫 屹,小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦,葛西 誠也
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-15
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  • [Presentation] 溶液法を用いた酸化亜鉛系薄膜トランジスタの作製および熱ナノインプリント法による酸化物薄膜のダイレクトパターニング2017

    • Author(s)
      木村史哉, アブドゥラ ハナキ, 孫 屹, 佐々木祥太, 永山幸希, 小山政俊, 前元利彦, 佐々誠彦
    • Organizer
      電子情報通信学会 研究会 機能ナノデバイスおよび関連技術
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2017-02-24
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  • [Presentation] Effects of He plasma treatment on zinc oxide thin film transistors2017

    • Author(s)
      Shotaro Shinya, Toyokazu Kaneko, Masatoshi Koyama, Toshihiko Maemoto, and Shigehiko Sasa
    • Organizer
      The 2017 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study for Enhancement of Terahertz Radiation Using GaSb/InAs Heterostructures2017

    • Author(s)
      M. Koyama, Y. Kinoshita, M. Tatsumi, T. Maemoto, S. Sasa, S. Hamauchi, I. Kawayama and M. Tonouchi
    • Organizer
      The 20th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ending Experiment and Resistance Evaluation of Zinc Oxide Thin Films Grown on Cyclo Olefin Substrates2017

    • Author(s)
      Oliver Kaltstein, Koki Nagayama, Masatoshi Koyama, Toshihiko Maemoto, Shigehiko Sasa
    • Organizer
      The 2017 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2017)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プリンテッド&フレキシブルエレクトロニクスに向けた酸化物半導体のデバイス・プロセス開発2017

    • Author(s)
      前元利彦
    • Organizer
      次世代プリンテッドエレクトロニクスコンソーシアム
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    • Invited
  • [Presentation] フレキシブル基板上に形成した酸化物薄膜の曲げ耐性評価2017

    • Author(s)
      永山幸希,松田宗平,カルトシュタイン オリバー,小山政俊, 前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      2017年真空・表面科学合同講演会
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  • [Presentation] シクロオレフィンポリマー上に室温形成した酸化亜鉛薄膜トランジスタの曲げ劣化に関する一考察2017

    • Author(s)
      永山幸希,松田宗平,カルトシュタイン オリバー,木村史哉,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 溶液法により形成したAl添加ZnO薄膜トランジスタの焼結雰囲気による影響とAl添加量依存性2017

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      大浦 紀頼,木村 史哉,小山 政俊, 前元 利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] ZnO TFTに対するHeプラズマ処理の影響2017

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      新屋 翔太郎, 金子 豊和, 小山 政俊, 前元 利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] 真空および非真空プロセスにより成長した酸化亜鉛系薄膜へのエキシマ光照射効果2017

    • Author(s)
      松田宗平,永山幸希,カルトシュタイン オリバー,木村史哉,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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  • [Presentation] フレキシブル基板上に形成した酸化亜鉛薄膜の曲げ耐性評価2016

    • Author(s)
      芦田浩平,永山幸希,孫屹,カルトシュタインオリバー,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      電気関係学会関西連合大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学 なかもずキャンパス
    • Year and Date
      2016-11-23
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  • [Presentation] 溶液プロセス及びインクジェットプロセスによる酸化亜鉛系薄膜トランジスタの作製と評価2016

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      佐々木祥太,木村史哉,大浦紀頼,孫屹,小山政俊,前元利彦,佐々誠彦
    • Organizer
      電気関係学会関西連合大会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学 なかもずキャンパス
    • Year and Date
      2016-11-22
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  • [Presentation] Fabrication and characterization of AZO multi-layer thin film transistors using AZO thin film buffers by soution method2016

    • Author(s)
      F. Kimura, S. Sasaki, K. Oura, Y. Sun, M. Koyama, T. Maemoto and S. Sasa
    • Organizer
      International Workshop on ZnO and Related Materials
    • Place of Presentation
      National Taiwan University, Taiwan
    • Year and Date
      2016-11-01
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  • [Presentation] Fabrication and characterization of zinc oxide based self-switching nano-diode2016

    • Author(s)
      S. Matsuda, K. Nagayama, K. Ashida, Y. Sun, M. Koyama, T. Maemoto, S. Sasa and S. Kasai
    • Organizer
      International Workshop on ZnO and Related Materials
    • Place of Presentation
      National Taiwan University, Taiwan
    • Year and Date
      2016-11-01
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  • [Presentation] ナノインプリント法によるシクロオレフィンポリマーを用いた酸化亜鉛系薄膜のダイレクトパターンニング2016

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      ハナキ アブドゥラ,木村 史哉,永山 幸希,芦田 浩平,孫 屹,小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦
    • Organizer
      第77回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-15
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  • [Presentation] 溶液法により形成した高抵抗AZO薄膜をバッファ層に用いたAZO積層薄膜トランジスタの作製と評価2016

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      木村 史哉,佐々木 祥太, 孫 屹, 小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦
    • Organizer
      第77回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] IZO薄膜トランジスタのヒステリシス特性改善の検討2016

    • Author(s)
      大溝 悠樹,新屋 翔太郎,小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦
    • Organizer
      第77回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-14
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  • [Presentation] 塗布プロセスによる酸化亜鉛系薄膜トランジスタの作製と評価 -プリンテッドエレクトロニクス応用を目指して-2016

    • Author(s)
      佐々木 祥太,木村 史哉,大浦 紀頼,孫 屹,小山 政俊,前元 利彦,佐々 誠彦
    • Organizer
      日本材料学会 第2回半導体エレクトロニクス部門委員会研究会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学 なかもずキャンパス
    • Year and Date
      2016-07-30
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  • [Remarks] 大阪工業大学 工学部 電気電子システム工学科 新機能複合材料デバイス研究室

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      https://www.oit.ac.jp/laboratory/room/46

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    • URL

      https://www.youtube.com/watch?v=iO6lv-nMwlk

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  • [Remarks] 大阪工業大学 ナノ材料マイクロデバイス研究センター

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      http://www.oit.ac.jp/japanese/nanotech/

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      http://www.oit.ac.jp/oitp/introduction/detail07.html

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  • [Remarks] 大阪工業大学 工学部 電気電子システム工学科 新機能複合材料デバイス研究室

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      http://www.oit.ac.jp/laboratory/room/46

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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