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近赤外半導体レーザ光照射による中空構造a-Si膜の転写同時結晶化技術

研究課題

研究課題/領域番号 13J02156
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関広島大学

研究代表者

酒池 耕平  広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,070千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 270千円)
2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードシリコン / プラスチック / フレキシブルエレクトロニクス / 電界効果トランジスタ / 単結晶シリコン / メニスカス力
研究実績の概要

曲げられるディスプレイや太陽電池に代表されるフレキシブルエレクトロニクスの飛躍的な進歩を実現する為には、フレキシブル(プラスチック)基板上で高性能電子デバイスを作製する必要がある。そこで私は、世界に類を見ない新たな技術として、“中空構造Si膜を用いた低温転写技術”を提案し、本転写技術を応用することでプラスチック基板上に高性能電子デバイスの作製が可能であることを実証・報告してきた。
本技術は、対向密着した中空構造Si膜と転写先基板との間に純水を介在させ、水が蒸発する過程で発生する強いメニスカス力を利用することで、Si膜を転写先基板へ転写しデバイス作成を行う日本初・世界初の技術である。Silicon on insulator (SOI)基板上のSOI層を中空構造形成する技術を確立し、フレキシブル基板上の必要な位置に局所的に高性能単結晶Si MOSFETを実現する技術確立に成功した。最重要技術は、中空構造状態でSOI層を熱酸化する工程であり、これによりSOI層の表裏全面にSiO2層の形成が可能となり、転写時に表裏が逆転しても高品質なSiO2層をゲート絶縁膜として利用することができるようになる。さらに、SiO2層により転写先プラスチック基板からSi膜への不純物の混入防止が可能になる。作製したMOSFETの最大電界効果移動度およびスレッショルドスイングの値はそれぞれ、609 cm2V-1s-1および83 mV/dec.を示し、これまで困難とされてきたフレキシブル基板上の必要な位置に局所的に高性能電子デバイスの作製が可能であることを実証した。これら研究成果は、第61回応用物理学会春季学術講演会にて注目講演に選定され、同講演において講演奨励賞を受賞している。本研究成果は、僅か3年間で国内会議で31件、国際会議で13件、学術論文誌等で9件(筆頭著者)の発表実績を上げ、内1件は米国の学術論文誌Applied Physics Lettersに掲載されている。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Meniscus-force-mediated layer transfer technique using single-crystalline silicon films with midair cavity: Application to fabrication of CMOS transistors on plastic substrates2015

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike, Muneki Akazawa, Akitoshi Nakagawa and Seiichiro Higashi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 54 号: 4S ページ: 04DA08-04DA08

    • DOI

      10.7567/jjap.54.04da08

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Technique for Local Area Transfer and Simultaneous Crystallization of Amorphous Silicon Layer with Midair Cavity by Irradiation with Near-infrared Semiconductor Diode Laser2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaike, Y. Kobayashi, S. Nakamura, M. Akazawa, and S. Higashi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 53 号: 4 ページ: 040303-1

    • DOI

      10.7567/jjap.53.040303

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Low-temperature Layer Transfer of Midair-cavity Silicon Films to a Polyethylene Terephthalate Substrate by Meniscus Force2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaike, S. Nakamura, M. Akazawa, and S. Higashi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 53 号: 1 ページ: 018004-1

    • DOI

      10.7567/jjap.53.018004

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書 2013 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabricating High-Performance Silicon Thin-Film Transistor by Meniscus Force Mediated Layer Transfer Technique2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaike, M. Akazawa, A. Nakagawa, and S. Higashi
    • 雑誌名

      ECS Trans.

      巻: 64 ページ: 17-17

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Technique for Local Area Transfer and Simultaneous Crystallization of Amorphous Silicon Layer with Midair Cavity by Irradiation with Near-infrared Semiconductor Diode Laser2014

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike, Yoshitaka Kobayashi, Shogo Nakamura, Muneki Akazawa, and Seiichiro Higashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Layer Transfer and Simultaneous Crystallization Technique for Amorphous Si Films with Midair Structure Induced by Near-Infrared Semiconductor Diode Laser Irradiation and Its Application to Thin-Film Tran sistor Fabrication2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike, Yoshitaka Kobayashi, Shogo Nakamura, Shohei Hayashi, Muneki Akazawa, Seiji Morisaki, Mitsuhisa Ikeda, and Seiichiro Higashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabricating metal-oxide-semiconductor field-effect transistors on apolyethylene terephthalate substrate by applying low-temperature layertransfer of a single-crystalline silicon layer by meniscus force2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike, Muneki Akazawa, Shogo Nakamura, and Seiichiro Higashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 号: 23

    • DOI

      10.1063/1.4837696

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] フレキシブル基板上での単結晶シリコンCMOSトランジスタの作製2015

    • 著者名/発表者名
      酒池 耕平、中川 明俊、赤澤 宗樹、東 清一郎
    • 学会等名
      第62回応用物理学会学術講演会 注目講演
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メニスカス力を用いた中空構造 SOI 層の大面積転写とフレキシブル薄膜太陽電池応用2014

    • 著者名/発表者名
      32.酒池 耕平、中村 将吾、赤澤 宗樹、中川 明俊、東 清一郎
    • 学会等名
      第6回薄膜太陽電池セミナー2014
    • 発表場所
      広島大学 霞キャンパス
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-16
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Low-temperature Layer Transfer of Midair-cavity Silicon Films by Meniscus Force and Its Application to High-Performance Thin-Film Transistor Fabrication on a Polyethylene Terephthalate Substrate2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaike, M. Akazawa, A. Nakagawa, and S. Higashi
    • 学会等名
      The Electrochemical Society (ECS)
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-10-05 – 2014-10-10
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] メニスカス力を用いた中空構造SOI層の低温転写とフレキシブル基板上での単結晶シリコンTFTの作製2014

    • 著者名/発表者名
      酒池 耕平, 赤澤 宗樹, 小林 義崇, 中村 将吾, 東 清一郎
    • 学会等名
      第75回応用物理学会学術講演会 講演奨励賞受賞記念講演
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of High Performance Single-Crystalline Silicon Thin Film Transistors on a Polyethylene Terephthalate Substrate2014

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaike, M. Akazawa, A. Nakagawa, and S. Higashi
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM)
    • 発表場所
      Tsukuba, Ibaraki
    • 年月日
      2014-09-08 – 2014-09-11
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] フレキシブル基板上での単結晶シリコンMOSFETの作製2014

    • 著者名/発表者名
      酒池 耕平
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学
    • 年月日
      2014-03-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] メニスカス力を利用した中空構造シリコン膜の低温局所転写2013

    • 著者名/発表者名
      酒池 耕平
    • 学会等名
      薄膜材料デバイス研究会 第10回研究集会
    • 発表場所
      龍谷大学アバンティ響都ホール
    • 年月日
      2013-11-02
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] メニスカス力を利用した中空構造シリコン膜の低温転写2013

    • 著者名/発表者名
      酒池 耕平
    • 学会等名
      第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      2013-09-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Local Area Transfer and Simultaneous Crystallization Technique for Amorphous Si Films with Midair Structure by Near-Infrared Semiconductor Diode Laser Irradiation2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike
    • 学会等名
      The 25th International Conference on Amorphous and Nano-crystalline Semiconductors
    • 発表場所
      Toronto, Ontario Canada
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Development of Silicon Layer Transfer Technique using Mid-Air Structure for Thin Film Transistor Fabrication2013

    • 著者名/発表者名
      Kohei Sakaike
    • 学会等名
      The Materials Research Society (MRS) spring meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.hiroshima-u.ac.jp/news/show/id/19484/dir_id/0

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [産業財産権] 薄膜形成方法、及びそれを用いて作製した半導体基板ならびに電子デバイス2013

    • 発明者名
      東清一郎、酒池耕平, 他
    • 権利者名
      広島大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2013-08-29
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

URL: 

公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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