サブミクロンスケール選択的金属化プロセスによる革新的3次元実装技術の開発

• 研究課題/領域番号: 17H02769
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 三成 剛生 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 独立研究者 (90443035)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2017年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: プリンテッドエレクトロニクス / 無電解めっき / 三次元実装 / 有機トランジスタ / 有機半導体 / 有機半導体デバイス / 表面・界面物性

研究成果の概要

既存の回路を1/10に縮小する新しい3次元実装の実現を目指し、フレキシブル材料に自在に配線が可能な「超高精細プリンテッドエレクトロニクス技術」の確立と、選択領域のみを金属化する「選択的無電解めっき技術」の開発を行った。金属ナノインクによる印刷を用いて線幅0.8ミクロンの配線技術を実現し、選択的無電解めっき技術においても線幅1ミクロンまでの微細化を達成した。また、各レイヤーを積層し、層間をビアホールで接続する3次元化技術も開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属のインクを塗って電子回路を描く「プリンテッドエレクトロニクス」技術と、任意の領域のみを自発的にめっきで金属化する「選択的無電解めっき」技術を開発し、これまでより微細な配線を形成した。さらに配線を三次元的に積層する技術を開発し、複雑な電子回路ができるようになった。

研究成果

• [国際共同研究] 中国科学院/中山大学/鄭州大学(中国)
• [国際共同研究] 中国科学院/中山大学/鄭州大学(中国)
• [国際共同研究] Zhengzhou University/Sun Yat-Sen University(China)
• [国際共同研究] Beijing Institute of Graphic Communicati/Tsinghua University(China)
• [雑誌論文] A multidimensional scheme of characterization for performance deterioration behavior of flexible devices under bending deformation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamiya Shoji、Izumi Hayato、Sekine Tomohito、Shishido Nobuyuki、Sugiyama Hiroko、Haga Yasuko、Minari Takeo、Koganemaru Masaaki、Tokito Shizuo
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 694 ページ: 137613-137613
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2019.137613
  • 査読あり
• [雑誌論文] The rise of conductive copper inks: challenges and perspectives (2020)
  • 著者名/発表者名: Li Wanli、Sun Qingqing、Li Lingying、Jiu Jinting、Liu Xu-Ying、Kanehara Masayuki、Minari Takeo、Suganuma Katsuaki
  • 雑誌名: Applied Materials Today 巻: 18 ページ: 100451-100451
  • DOI: 10.1016/j.apmt.2019.100451
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication of Two-Dimensional Crystalline Organic Films by Tilted Spin Coating for High-Performance Organic Field-Effect Transistors (2019)
  • 著者名/発表者名: Dai Fuhua、Liu Xuying、Yang Tengzhou、Qian Jun、Li Yun、Gao Yang、Xiong Pan、Ou Hai、Wu Jin、Kanehara Masayuki、Minari Takeo、Liu Chuan
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 11 号: 7 ページ: 7226-7234
  • DOI: 10.1021/acsami.8b21298
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of Ultrahigh Apparent Mobility in Oxide Field‐Effect Transistors (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen Changdong、Yang Bo‐Ru、Li Gongtan、Zhou Hang、Huang Bolong、Wu Qian、Zhan Runze、Noh Yong‐Young、Minari Takeo、Zhang Shengdong、Deng Shaozhi、Sirringhaus Henning、Liu Chuan
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 6 号: 7 ページ: 1801189-1801189
  • DOI: 10.1002/advs.201801189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 3D cross-linking N-doped graphene framework for high sulfur nanocrystal storage (2019)
  • 著者名/発表者名: Qian Binbin、Liu Chaodeng、Xu Junmin、Sun Qingqing、Yang Huige、Liu Wentao、Zhang Li、Minari Takeo、Liu Xuying、Chen Jinzhou
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 52 号: 29 ページ: 295502-295502
  • DOI: 10.1088/1361-6463/ab182e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rapid Laser Annealing of Silver Electrodes for Printing Organic Thin-Film Transistors on Plastic Substrates (2019)
  • 著者名/発表者名: Huang Kairong、Dai Fuhua、Sun Qingqing、Yang Tengzhou、Xu Huihua、Liu Xuying、Minari Takeo、Kanehara Masayuki、Liu Chuan
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Electron Devices 巻: 66 号: 6 ページ: 2729-2734
  • DOI: 10.1109/ted.2019.2911310
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A General Approach to Probe Dynamic Operation and Carrier Mobility in Field‐Effect Transistors with Nonuniform Accumulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu Chuan、Chen Changdong、Li Xiaojie、Hu Sujuan、Liu Chenning、Huang Kairong、Dai Fuhua、Zhang Baijun、Liu Xuying、Minari Takeo、Noh Yong‐Young、Chen Jun
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 29 号: 29 ページ: 1901700-1901700
  • DOI: 10.1002/adfm.201901700
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Wafer-scale and deterministic patterned growth of monolayer MoS2 via vapor-liquid-solid method (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Li , Y-C. Lin, X-Y. Liu, Z. Hu, J. Wu, H. Nakajima, S. Liu, T. Okazaki, W. Chen, T. Minari, Y. Sakuma, K. Tsukagoshi , K. Suenaga, T. Taniguchi, M. Osada
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 11 号: 34 ページ: 16122-16129
  • DOI: 10.1039/c9nr04612g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Organic thin-film transistors with over 10?cm2/Vs mobility through low-temperature solution coating (2018)
  • 著者名/発表者名: Liu Chuan、Liu Xuying、Minari Takeo、Kanehara Masayuki、Noh Yong-Young
  • 雑誌名: Journal of Information Display 巻: 19 号: 2 ページ: 71-80
  • DOI: 10.1080/15980316.2018.1430068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Functional biomaterials towards flexible electronics and sensors (2018)
  • 著者名/発表者名: Sun Qingqing、Qian Binbin、Uto Koichiro、Chen Jinzhou、Liu Xuying、Minari Takeo
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics 巻: 119 ページ: 237-251
  • DOI: 10.1016/j.bios.2018.08.018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recyclable Oil-Absorption Foams via Secondary Phase Separation (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Yongtao、Yang Huige、Chen Zhihao、Chen Ning、Pang Xinchang、Zhang Li、Minari Takeo、Liu Xuying、Liu Hongzhi、Chen Jinzhou
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry & Engineering 巻: 6 号: 11 ページ: 13834-13843
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.8b01950
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Essential Effects on the Mobility Extraction Reliability for Organic Transistors (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yong、Sun Huabin、Liu Ao、Zhu Huihui、Li Binhong、Minari Takeo、Balestra Francis、Ghibaudo Gerard、Noh Yong-Young
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 28 号: 42 ページ: 1803907-1803907
  • DOI: 10.1002/adfm.201803907
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution-processable liquid crystalline chrysene semiconductors with wide band gap: Self-organization and carrier transport properties (2018)
  • 著者名/発表者名: Yang Tengzhou、Dai Fuhua、Iino Hiroaki、Kanehara Masayuki、Liu Xuying、Minari Takeo、Liu Chuan、Hanna Junichi
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 63 ページ: 184-193
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2018.09.021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Layer-by-layer printing non-volatile organic thin-film transistor memory with a planarly-oriented DNA-complex dielectric (2018)
  • 著者名/発表者名: Lijuan Liang, Xuying Liu, Masayuki Kanehara, Norihisa Kobayashi, and Takeo Minari
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 55 ページ: 75-81
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2018.01.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generating one-dimensional micro- or nano-structures with in-plane alignment by vapor-driven wetting kinetics (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, X. Liu, Y. Xu, H. Sun, Y. Li, Y. Shi, M. V. Lee, T. Yamada, T. Hasegawa, Y.-Y. Noh, T. Minari
  • 雑誌名: Materials Horizons 巻: 4 号: 2 ページ: 259-259
  • DOI: 10.1039/c6mh00411c
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultra-high-resolution printing of flexible organic thin-film transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu, Masayuki Kanehara, Chuan Liu, Takeo Minari
  • 雑誌名: Journal of Information Display 巻: 2 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1080/15980316.2017.1298538
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A unified understanding of charge transport in organic semiconductors: the importance of attenuated delocalization for the carriers (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari and Yong-Young Noh Chuan Liu , Kairong Huang , Won Tae Park , Minin Li , Tengzhou Yang , XUYING LIU , Lijuan Liang
  • 雑誌名: Materials Horizona 巻: Accepted Manuscript 号: 4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1039/c7mh00091j
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Homogeneous dewetting on large-scale microdroplet arrays for solution-processed electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu, Chuan Liu, Kenji Sakamoto, Takeshi Yasuda, Pan Xiong, Lijuan Liang, Tengzhou Yang, Masayuki Kanehara, Jun Takeya, Takeo Minari
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 9 号: 7 ページ: e409-e409
  • DOI: 10.1038/am.2017.123
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Device Physics of Contact Issues for the Overestimation and Underestimation of Carrier Mobility in Field-Effect Transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Chuan Liu, Gongtan Li, Riccardo Di Pietro, Jie Huang, Yong-Young Noh, Xuying Liu, Takeo Minari
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 8 号: 3 ページ: 034020-034020
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.8.034020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 表面選択塗布法による電子回路の自己形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生、Xuying Liu、金原正幸
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 38 号: 5 ページ: 222-222
  • DOI: 10.1380/jsssj.38.222
  • NAID: 130007332068
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA as Functional Material in Organic-Based Electronics (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Liang, Y. Fu, D. Wang, Y. Wei, N. Kobayashi and T. Minari
  • 雑誌名: Applied Science 巻: 8 号: 1 ページ: 90-100
  • DOI: 10.3390/app8010090
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 真空紫外光を用いた印刷・めっきによる配線技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三成 剛生, 李 万里, 孫 晴晴, 李 玲頴, Xuying Liu, 金原正幸
  • 学会等名: シリコン材料・デバイス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Printing of Flexible Electronics for Wearable Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Qingqing Sun, Wanli Li, Akitsu Shigetou, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: ICEP-IACC 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Air-stable Cu complex inks for printed electronics with high conductivity and high reliability (2019)
  • 著者名/発表者名: Wanli Li, Qingqing Sun, Xuying Liu, Katsuaki Suganuma, Takeo Minari
  • 学会等名: ICEP-IACC 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Fully-Printed Organic Thin-Film Transistors and Circuits (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Qingqing Sun, Wanli Li, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: M&BE 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Alignment-induced hole mobility enhancement of pBTTT organic field-effect transistors by hydrophobic nano-grooved gate dielectric surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Bulgarevich Kirill, Kenji Sakamoto, Takeo Minari, Takeshi Yasuda, Kazushi Miki, Masayuki Takeuchi
  • 学会等名: M&BE 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of 3-Dimentional Printed Electronic Circuits (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari
  • 学会等名: ICPAC Yangon 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-performance organic thin-film transistors by printing (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Qingqing Sun, Wanli Li, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: SPIE 2019
• [学会発表] 疎水性ナノグルーブ表面によって配向させた液晶性高分子有機電界効果トランジスタの特性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂本 謙二, ブルガレビッチ キリル, 安田 剛, 三成 剛生, 竹内 正之
  • 学会等名: 2019年日本液晶学会討論会
• [学会発表] Alignment-Induced Mobility Enhancement and Small Device-to-Device Variation of Polymer-Based Organic Field-Effect Transistors with Highly Hydrophobic Gate DIelectic Surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: ブルガレビッチ キリル, 坂本 謙二, 安田 剛, 三成 剛生, 三木 一司, 竹内 正之
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of flexible devices using Printed Electronics (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari
  • 学会等名: NMS 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Flexible Electronics by Room-Temperature Printing Technology (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Qingqing Sun, Wanli Li, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: IMPACT-IAAC 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Flexible Electronics by Printing (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Qingqing Sun, Wanli Li, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: Flex China 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プリンタブルデバイスの作り方 (2019)
  • 著者名/発表者名: 三成 剛生
  • 学会等名: プリンテッドエレクトロニクスの研究開発動向
  • 招待講演
• [学会発表] Spontaneous patterning of electronic circuits by solution-based printing (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari
  • 学会等名: ICPAC LANGKAWI 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Printing of Semiconductor Devices for Flexible Applications. 14th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari
  • 学会等名: NMS-XIV
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gold Nanoparticle Inks for Room-Temperature Printing Electronic Devices (2018)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu, Takeo Minari
  • 学会等名: International Conference on Flexible and Printed Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Very High Electrical Stability of Bottom-Gate/Top-Contact Type Polymer-Based Organic Field-Effect Transistors with Perfluoropolymer-Coated Gate Dielectrics (2018)
  • 著者名/発表者名: Bulgarevich Kirill, 坂本謙二, 三成剛生, 安田剛, 三木一司, 竹内正之
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Fully-Printed Non-volatile Organic Thin-film Transistor Memory With DNA-Complex As a Gate Dielectric (2018)
  • 著者名/発表者名: Lijuan Liang, Xuying Liu, Takeo Minari, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: SSDM 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Printable Electronic Circuits Based on Metal Nanoparticles and Organic Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: ICEP-IACC 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solution-processed electronic circuits with printable materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari
  • 学会等名: Nanjing University Scientific Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 室温プリンテッドエレクトロニクスによる高精細電子回路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生、Xuying Liu、金原正幸
  • 学会等名: 有機光エレクトロニクス部会 第79回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 印刷技術を使った電子回路の形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生
  • 学会等名: 進化するナノインクと先端デバイス技術
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ材料を塗って描く電子回路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 三成剛生、Xuying Liu、金原正幸
  • 学会等名: RIKEN-NIMS 第一回 マテリアルズイノベーションコア Workshop
  • 招待講演
• [学会発表] 印刷エレクトロニクスによる高移動度有機トランジスタ (2018)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu、三成剛生、金原正幸
  • 学会等名: RIKEN-NIMS 第一回 マテリアルズイノベーションコア Workshop
• [学会発表] High-resolution patterning of organic thin-film Transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu, Takeo Minari
  • 学会等名: Seminar on printed electronics in Sun Yat-sen University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solution-processed assembly of flexible electronic circuits (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: FFSCI Europe 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fully-Printed Organic Thin-Film Transistor Array with Hole Mobility Exceeding 13 cm2 V-1 s-1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Xuying Liu, Masayuki Kanehara, Takeo Minari
  • 学会等名: IMID2017
  • 国際学会
• [学会発表] Organic thin-film transistors and circuits by solution-processed selective metalization (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: IMID2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organic thin-film transistors with mobility over 10 cm2/Vs by low-temperature solution coating (2017)
  • 著者名/発表者名: Chuan Liu, Xuying Liu, Takeo Minari, Masayuki Kanehara, Yong-Young Noh
  • 学会等名: IMID2017
  • 国際学会
• [学会発表] Solution-Processed Electronic Circuits with Printable Metal (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeo Minari, Xuying Liu, Masayuki Kanehara
  • 学会等名: NMS 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 三成グループ -プリンテッドエレクトロニクス-
  • URL: https://www.nims.go.jp/group/minari/
• [備考] 株式会社プリウェイズ
  • URL: https://priways.co.jp/
• [備考] 三成グループ -プリンテッドエレクトロニクス-
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/minari/
• [産業財産権] 金属配線を形成する方法 (2019)
  • 発明者名: 三成 剛生、リュウ シューイン、スン チンチン、李 万里
  • 権利者名: 国立研究開発法人物質・材料 研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-034506
  • 出願年月日: 2019
• [産業財産権] 有機マイクロディスクアレイおよびその製造方法 (2018)
  • 発明者名: 山本洋平、三成剛生、他2名
  • 権利者名: 物質・材料研究機構、筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-016723
  • 出願年月日: 2018