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2022 Fiscal Year Research-status Report

Development of high-precision threshold voltage control technology for organic thin-film transistors

Research Project

Project/Area Number 22K18975
Research InstitutionOsaka University

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)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
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
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)。

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。

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。

  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 2 results) Book (3 results)

  • [Int'l Joint Research] JOANNEUM RESEARCH(オーストリア)

    • Country Name
      AUSTRIA
    • Counterpart Institution
      JOANNEUM RESEARCH
  • [Journal Article] Carrier-Type Switching with Gas Detection Using a Low-Impedance Hybrid Sensor of 2D Graphene Layer and MoOx Nanorod 3D Network2023

    • Author(s)
      Sugahara Tohru、Hirose Yukiko、Nakamura Jun-ichi、Ono Takao、Uemura Takafumi、Karakawa Makoto、Itoh Toshio、Shin Woosuck、Yang Yang、Harada Nobuyuki、Suganuma Katsuaki
    • Journal Title

      ACS Applied Engineering Materials

      Volume: 1 Pages: 1086~1092

    • DOI

      10.1021/acsaenm.2c00178

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stretchable printed circuit board integrated with Ag-nanowire-based electrodes and organic transistors toward imperceptible electrophysiological sensing2022

    • Author(s)
      Kawabata Rei、Araki Teppei、Akiyama Mihoko、Uemura Takafumi、Wu Tianxu、Koga Hirotaka、Okabe Yusuke、Noda Yuki、Tsuruta Shuichi、Izumi Shintaro、Nogi Masaya、Suganuma Katsuaki、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Flexible and Printed Electronics

      Volume: 7 Pages: 044002~044002

    • DOI

      10.1088/2058-8585/ac968c

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fine-Tuning the Performance of Ultraflexible Organic Complementary Circuits on a Single Substrate via a Nanoscale Interfacial Photochemical Reaction2022

    • Author(s)
      Taguchi Koki、Uemura Takafumi、Petritz Andreas、Namba Naoko、Akiyama Mihoko、Sugiyama Masahiro、Araki Teppei、Stadlober Barbara、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 4 Pages: 6308~6321

    • DOI

      10.1021/acsaelm.2c01444

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fully Transparent, Ultrathin Flexible Organic Electrochemical Transistors with Additive Integration for Bioelectronic Applications2022

    • Author(s)
      Takemoto Ashuya、Araki Teppei、Nishimura Kazuya、Akiyama Mihoko、Uemura Takafumi、Kiriyama Kazuki、Koot Johan M.、Kasai Yuko、Kurihira Naoko、Osaki Shuto、Wakida Shin‐ichi、den Toonder Jaap M.J.、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Advanced Science

      Volume: 10 Pages: 2204746~2204746

    • DOI

      10.1002/advs.202204746

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Skin‐Like Transparent Sensor Sheet for Remote Healthcare Using Electroencephalography and Photoplethysmography2022

    • Author(s)
      Araki Teppei、Yoshimoto Shusuke、Uemura Takafumi、Miyazaki Aiko、Kurihira Naoko、Kasai Yuko、Harada Yoshiko、Nezu Toshikazu、Iida Hirokazu、Sandbrook Junko、Izumi Shintaro、Sekitani Tsuyoshi
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 7 Pages: 2200362~2200362

    • DOI

      10.1002/admt.202200362

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Environmentally Friendly Flexible-Sensor System with Organic Thin-Film Transistors2023

    • Author(s)
      Mihoko AKIYAMA, Takafumi UEMURA, Teppei ARAKI, Shusuke YOSHIMOTO, Naoko NAMBA, Yuko KASAI, Toshikazu NEZU, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thin-Film Organic Amplifiers for Stretchable Light Sensor Sheet2023

    • Author(s)
      Rei KAWABATA, Teppei ARAKI, Mihoko AKIYAMA, Kou LI, Norika TAKAHASHI, Naoko KURIHIRA, Takafumi UEMURA, Yukio KAWANO, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Organic Electrochemical Devices with Sub-1V Operation for Electrophysiological Monitoring2023

    • Author(s)
      Shohya MATSUDA, Teppei ARAKI, Kazuki KIRIYAMA, Mihoko AKIYAMA, Takafumi UEMURA, Naoko KURIHIRA, Yumi HIROSE, and Tsuyoshi SEKITANI
    • Organizer
      The 26th SANKEN International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フレキシブルエレクトロニクスによる微小信号計測IoTプラットフォームの構築2023

    • Author(s)
      住野稜太, 植村隆文, 荒木徹平, 関谷毅
    • Organizer
      令和4年度ライフォミクス融合研究推進グラント報告会
  • [Presentation] ウェアラブル汗センサ実現に向けたNa,Kイオン選択電極の構築2023

    • Author(s)
      碇本修佑, 植村隆文, 脇田慎一, 井波敬, 秋山実邦子, 箕嶋朋子, 原友輝, 住野稜太, 笠井夕子, 荒木徹平, 関谷毅
    • Organizer
      令和4年度ライフォミクス融合研究推進グラント報告会
  • [Presentation] Ultraflexible Organic Circuits for Low Noise Wearable Sensors2022

    • Author(s)
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      12th International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stretchable Printed Circuit Board and Organic Circuit for Ultra-Flexible Biosignal Sensor2022

    • Author(s)
      Rei Kawabata, Teppei Araki, Mihoko Akiyama, Tianxu Wu, Yusuke Okabe, Hirotaka Koga, Takafumi Uemura, Masaya Nogi, Katsuaki Suganuma, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-Stretchable and Transparent Biocompatible Electrodes Toward Remote Acquisition of Multimodal Physiological Signals2022

    • Author(s)
      Teppei Araki, Shusuke Yoshimoto, Takafumi Uemura, Naoko Kurihira, Yuko Kasai, Toshikazu Nezu, Hirokazu Iida, Junko Sandbrook, Shintaro Izumi, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photopatternable Control of Threshold Voltage in Organic Transistors for Complementary Ultraflexible Circuits2022

    • Author(s)
      Koki Taguchi, Takafumi Uemura, Andreas Petritz, Naoko Namba, Teppei Araki, Masahiro Sugiyama, Barbala Stadlober, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultraflexible and Bio Conformable Organic Circuits for Healthcare Applications2022

    • Author(s)
      Takafumi Uemura, Naoko Namba, Masahiro Sugiyama, Koki Taguchi, Mihoko Akiyama, Teppei Araki, and Tsuyoshi Sekitani
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imperceptible Strain Sensors Based on Ultraflexible Or Stretchable Ferroelectric Polymer Transducers2022

    • Author(s)
      Barbara Stadlober, Andreas Petritz, Philipp Schaffner, Krzysztof Krawzcyk, Esther Karner-Petritz, Jonas Groten, Markus Selig, Manfred Adler, Takafumi Uemura, Teppei Araki, Tsuyoshi Sekitani, Sandra Schlogl,Inge Muhlbacher
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フレキシブルエレクトロニクスの研究開発とシート型 IoT センサへの応用2022

    • Author(s)
      植村隆文
    • Organizer
      センサ& IoT コンソーシアムセミナー
    • Invited
  • [Presentation] 超柔軟な生体電位センサ創出にむけたストレッチャブル配線板の開発2022

    • Author(s)
      川端玲, 荒木徹平, 秋山実邦子, 呉天旭, 岡部祐輔, 古賀大尚, 植村隆文, 能木雅也, 菅沼克昭, 関谷毅
    • Organizer
      第32回マイクロエレクトロニクスシンポジウム
  • [Presentation] フレキシブル有機回路のセンサー実装に向けて2022

    • Author(s)
      田口剛輝, 植村隆文, Andreas Petritz, 難波直子, 秋山実邦子, 杉山真弘, 荒木徹平, Barbala Stadlober, 関谷毅
    • Organizer
      2022年度第1回大阪大学JSAP学生チャプター講演会
  • [Presentation] 単一基板内フレキシブル有機相補型回路の性能変調:光化学反応を利用した有機薄膜トランジスタの開発2022

    • Author(s)
      田口剛輝, 植村隆文, Andreas Petritz, 難波直子, 秋山実邦子, 杉山真弘, 荒木徹平, Barbala Stadlober, 関谷毅
    • Organizer
      第17回有機デバイス・物性院生研究会
  • [Presentation] ウェアラブル生体信号計測に向けた伸縮配線・回路の開発と評価2022

    • Author(s)
      坂東勇希,植村隆文,難波直子,井上由美,荒木徹平,関谷毅
    • Organizer
      第20回 産総研・産技連LS-BT合同研究発表会
  • [Presentation] ウェアラブル汗センサ実現に向けたNa, Kイオン選択電極の構築2022

    • Author(s)
      原友輝, 植村隆文, 脇田慎一, 井波敬, 秋山実邦子, 箕嶋朋子, 住野稜太, 笠井夕子, 荒木徹平, 関谷毅
    • Organizer
      2022年度第一回大阪大学JSAP学生チャプター講演会
  • [Presentation] 運動時の汗中電解質を連続計測するウェアラブルイオンセンサの開発2022

    • Author(s)
      原友輝, 植村隆文, 脇田慎一, 井波敬, 秋山実邦子, 箕嶋朋子, 住野稜太, 笠井夕子, 荒木徹平, 関谷毅
    • Organizer
      産業科学研究所第78回学術講演会・第7回ホームカミングデイ
  • [Presentation] フレキシブル光センサにむけた有機増幅回路の周波数特性とノイズの評価2022

    • Author(s)
      川端玲, 荒木徹平, 秋山実邦子, 栗平 直子, 植村隆文, 関谷毅
    • Organizer
      2022年度第一回大阪大学JSAP学生チャプター講演会
  • [Book] フレキシブルエレクトロニクスを開拓するシート型センサ2023

    • Author(s)
      荒木徹平, 植村隆文, 関谷毅
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      設計工学, 日本設計工学会
  • [Book] 第3章・第2節・生体情報計測向け自己発電・蓄電機能付きシート型センサの開発, スマートヘルスケア:生体情報の計測・評価・活用とウェアラブルデバイスの開発・製品事例2023

    • Author(s)
      植村 隆文, Andreas Petritz, Esther Karner-Petritz, Philipp Schaffner, 荒木 徹平, Barbara Stadlober, 関谷 毅
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      株式会社 エヌ・ティー・エス
  • [Book] 柔軟・透明な導電性材料の開発と生体信号計測センサシートへの応用2022

    • Author(s)
      荒木徹平, 植村隆文, 関谷毅
    • Total Pages
      10
    • Publisher
      CMC出版

URL: 

Published: 2023-12-25  

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