Development of high-precision threshold voltage control technology for organic thin-film transistors
| Project/Area Number |
22K18975
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
植村 隆文 大阪大学, 産業科学研究所, 特任准教授(常勤) (30448097)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | フレキシブルセンサ / 有機トランジスタ / しきい値電圧制御 / フレキシブルエレクトロニクス / 相補型回路技術 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、フレキシブル有機電子回路における高精度の特性制御技術を確立し、次世代センサ回路技術に求められる「高精度アナログ信号処理」と「超低消費電力駆動」を両立する事を目的としている。具体的な研究方法としては、独自に開発した光制御によって同一基板上のp/nトランジスタを高精度に制御する「しきい値電圧制御技術」を応用することによって研究目的を達成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、フレキシブル有機電子回路における高精度の特性制御技術を確立し、次世代センサ技術に求められる高精度アナログ信号処理と超低消費電力駆動を両立する事を目的として研究を実施する。本基盤技術の確立により、フレキシブル電子回路を実現する種々の薄膜半導体技術と比較して、有機薄膜トランジスタの技術優位性を明確にすることで産業応用を加速することを目的としている。
2022年度は、紫外光照射によって分子構造が変化する塗布型・光応答性高分子薄膜をトランジスタの絶縁層として活用し、フレキシブル有機トランジスタのしきい値電圧を「0.1 Vレベルの高い精度」で任意に制御する技術の開発を行い、n型の有機トランジスタにおいて、n型有機半導体材料の選択、紫外線照射時間の最適化などを実施する事によって、実際に0.1 Vレベルでのしきい値電圧制御を実現した。以上の取組みにより、p/n型トランジスタのそれぞれにおいて、デプレッション型（D型）、エンハンスメント型（E型）を同一基板上の任意の場所に作り分ける技術が完成した。また、実際にその有用性を実証するために研究提案にも掲げた「サブスレッショルド領域スイッチングによるnW級・超低消費電力回路駆動」を実証するための回路設計、試作と評価までを行った。その結果、サブスレッショルド領域スイッチングを実現したpWレベルの超低消費電力CMOSインバーターの作製に成功している。以上の成果をもって、今年度の研究実績として、ACS Applied Electronic Materials（IF：4.494（2021））に報告を行った（掲載済み）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時に計画していたn型トランジスタのしきい値電圧変化のメカニズムを明らかにするためのデバイス物性研究、高精度・任意の特性制御に向けた製造プロセスの最適化、これらの双方の取組みを順調に進めることができており、計画変更は予定していない。デバイス物性研究の観点では、まずは紫外線照射後の塗布型・光応答性高分子薄膜についてのナノスケールでの組成分析をTOF-SIMSを用いて実施する事により、光異性化反応が半導体界面近傍にて顕著に生じていることを明らかにするなど、しきい値電圧変化のメカニズムを明らかにするための手掛かりを得ることに成功している。また、高精度・任意の特性制御に向けた製造プロセスの最適化については、上記にも記載の通り、同一基板上での高精度の特性制御に成功しており、特にサブスレッショルド領域スイッチングを実現したpWレベルの超低消費電力CMOSインバーターの作製に成功している。以上の様に、全体を見通しても順調に研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、申請書にも記載の通り「高速駆動・直線性に優れた信号増幅回路」の実現を目指した研究に取組む予定である。これにより、電源供給を常に受けることが保証されないIoTセンサ技術、ウェアラブルデバイス技術にとって必要な低消費電力性能と、微小信号検出の両方の性能を実現する回路構成を実現する。また、実際のセンサデバイスに用いる場合の懸念点として、回路特性の長期間安定性についても現実的な課題として捉えて対策を進めていく予定である。折り曲げ試験などによる機械的耐久性は本研究において確かめることが出来ているため、特に大気中の水や酸素との相互作用による電気特性劣化が起こると考えられているｎ型トランジスタについて、フレキシブル性能を損なうことなく適切な薄膜封止構造を模索するための取組みを実施する予定である。以上の取組みによって、ユーザーが要求する適材適所の回路性能が実現する優れた回路技術を実証し、有機トランジスタ回路製造における革新的基盤技術を確立する。
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Report
(1 results)
Research Products
(28 results)
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