2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative green printed electronics
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17H02761
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
酒井 正俊 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60332219)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
工藤 一浩 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10195456)
岡田 悠悟 千葉大学, 先進科学センター, 特任助教 (50756062)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | プリンテッドエレクトロニクス / 有機エレクトロニクス / フレキシブルエレクトロニクス / 応用物性 / 半導体デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成29年度は、これまでに積み重ねてきた基礎的な知見とノウハウに立脚して、（１）有機半導体および絶縁体トナーの微細パターニングと超音波溶融による薄膜化、（２）市販の金属ナノ粒子をトナーとして用いた金属トナーのパターニングと超音波焼結による薄膜化を行ってきた。有機半導体のパターニングと薄膜化では、10マイクロメートル程度のパターニングが可能であることを示し、超音波溶融による薄膜化で有機薄膜トランジスタの動作を実証した。ポリマー絶縁材料については、現状で50マイクロメートル程度のパターニングが可能であることを示したが、自然に帯電する傾向が強く、電気的な反発力が生じるため、微細精細パターニングにおいて課題がある。超音波溶融による薄膜化においては、薄膜化には成功したものの、SEMで表面を観察すると熱収縮に起因するとみられるひび割れが散見され、マクロに平坦で均質な絶縁薄膜の作製には課題が残っている。金属ナノ粒子のパターニングにおいては、ミリメートルサイズのパターニングに成功した。これは有機回路の配線パターン形成に寄与する。さらに、マイクロメートルサイズのパターニングにトライし、良好な結果を得ている。転写効率を向上させれば、明確な結果が得られると考えられる。金属ナノ粒子パターンにおける超音波焼結においては、黒色粉末状のAg粒子を、超音波焼結により金属光沢のあるAg薄膜とすることに成功した。その他に、酸化物ZnOのナノ粒子についても、超音波焼結による薄膜化が可能であることを示した。
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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
機半導体、ポリマー絶縁体、金属ナノ粒子に関して、トナー型パターニングによるパターン形成に成功した。有機半導体、ポリマー絶縁体に関して、超音波溶融による薄膜化に成功した。また、金属ナノ粒子に関しても、超音波焼結による金属(Ag)薄膜化に成功した。
全体として、パターニングについては良好な結果を得ている。課題となるのは高効率化と高精細化である。塊になりやすい粒子に関して流動性を改善する必要があり、特に絶縁体粒子については自然帯電への対策も必要と考えられる。
超音波溶融あるいは焼成については、瞬間的・局所的な昇温が可能という超音波溶着・焼結の特徴のため、いずれの材料に関しても、プラスチックフィルム上での薄膜化がおおむね良好に進行している。酸化物ZnOのナノ粒子に関して超音波焼結が有効であることは、事前には予測していなかった成果であった。金属粒子に関しては均一性の確保、ポリマー絶縁体粒子に関しては、成膜時の温度変化に伴う歪みの発生が課題となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属ナノ粒子のパターニングについて、ミリメートルスケールからマイクロメートルスケールまでの幅広いパターン形成を目指す。物理的な原理の詳細を明らかにしながら、高精細化および高効率化を目指す。転写距離の短縮は、高効率化と高精細化に対して共に有利に寄与するので、転写距離の短縮化を進めながら、帯電対策や転写メカニズムの詳細を明らかにする。また、現状ではパターニングと超音波焼成を別の装置にて行っているが、一連の過程を連続して行うことができるような装置を開発中である。これが可能となれば、安定的な結果を一貫して得られるようになると考えられる。
最も高精細が要求されるのは、金属ナノ粒子のパターニングである。今後、従来の方式と異なる転写方式を導入して、金属ナノ粒子を最優先してパターニング精細度の改善を行う。パターニング後にパターンを乱すことなく超音波焼結するための仕組みを開発しながら、今後の研究を推進する。
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[Presentation] Solvent-free printing of organic devices2017
Author(s)
Masatoshi Sakai, Tokuyuki Koh, Kenji Toyoshima, Yuki Horiuchi, Yugo Okada, Hiroshi Yamauchi, Kazuhiro Kudo, Yuichi Sadamitsu, Yuta Hashimoto
Organizer
International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
Int'l Joint Research
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