薄膜フォトトランジスタと多結晶シリコン薄膜トランジスタによる人工網膜

• 研究課題/領域番号: 20656059
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 龍谷大学
• 研究代表者: 木村 睦 龍谷大学, 理工学部, 教授 (60368032)
• 研究分担者: 浦岡 行治 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (20314536)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2010年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2009年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2008年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 人工網膜 / 薄膜フォトトランジスタ / 多結晶シリコン / 薄膜トランジスタ / 積層構造 / フレキシブル基板 / 人工視覚 / 生体埋込

研究概要

現在、人工網膜は、失明者に光を取り戻す手段として期待されており、LSI技術を用いた人工網膜の研究開発が進められているが、生体適合・広視野化という観点からは課題がある。一方、薄膜トランジスタ(TFT)は、フラットパネルディスプレイなどに広く用いられており、また、最近は、より高性能な低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ(poly-Si TFT)の研究開発がさかんである。そこで、本研究では、薄膜フォトトランジスタ(TFPT)とpoly-Si TFTを用いた人工網膜を提案した。生体網膜と同様に積層構造とすることで、高機能の分化・光取込面の拡大・応答高速化などが実現でき、生体に刺激の少ない材料を使用できるようになることで、失明者へのインプラントを容易にする可能性があり、さらに、眼球の曲面と合致したフレキシブル基板を使用することで、人工視覚の広視野化が可能となる。
平成22年度は、まず、前年度にひきつづいて、生体へのインプラントを想定して、人工網膜へのワイヤレス電力伝送を評価するために、インダクタカップリングによる電力伝送回路とダイオードブリッジとツェナーダイオードによる電圧安定化回路を作製し、人工網膜に接続した。伝送周波数を共振周波数とすることで、より確実なワイヤレス電力伝送が可能であることを確認した。また、やはり前年度にひきつづいて、グリーンレーザーによる2層Si同時結晶化を用いて作製した積層構造のデバイス試作を行い、十分な照度依存の出力電圧変調が実現できることを確認した。さらに、生体神経への信号電圧手段としてのActive Pixel Sensor型のパルス生成回路の設計を行った。フォトマスクまでは準備できたものの、委託試作ラインが震災で被災したため、予定よりも遅れることとなるが、今後は試作評価を行ってゆく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Crystallization by Green-laser Annealing for Three-dimensional Device Application (2010)
  • 著者名/発表者名: Yumi Kawamura, Koji Yamasaki, Takehiko Yamashita, Yuta Sugawara, Yukiharu Uraoka, Mutsumi Kimura
  • 雑誌名: J.KPS 巻: 56 ページ: 1456-1460
  • 査読あり
• [雑誌論文] Device Characterization of p/i/n Thin-Film Phototransistor for Photosens or Applications (2010)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Yuta Miura, Takeshi Ogura, Shiro Ohno, Tomohisa Hachida, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima
  • 雑誌名: IEEE Electron Device Lett. 巻: 31 ページ: 984-986
  • 査読あり
• [雑誌論文] Color Sensitivity of Thin-Film Phototransistor Using Polycrystalline-Silicon Film with p/i/n Structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Yuta Miura, Takeshi Ogura, Tomohisa Hachida, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Mutsumi Kimura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 49
  • NAID: 210000068055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Thin-Film Photodiodes and Development of Thin-Film Phototransistor (2008)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Yoshitaka Nishizaki, Mutsumi Kimura, Hiroyuki Hara, Satoshi Inoue
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 47 ページ: 1924-1929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Thin-Film Photodevices and Application to Artificial Retina (2008)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Takehiro Shima, Takehiko Yamashita, Yoshitaka Nishizaki, Hiroyuki Hara, Satoshi Inoue
  • 雑誌名: Journal of the Society for Information Display 16 ページ: 661-667
  • 査読あり
• [雑誌論文] Device Characterization of Thin-Film Phototransistors for Photosensor Applications (2008)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Tomohisa Hachida
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 10 ページ: 1557-1563
  • NAID: 10026819575
  • 査読あり
• [雑誌論文] Artificial Retina Using Thin-Film Transistors Driven by Wireless Power Supply
  • 著者名/発表者名: Yuta Miura, Tomohisa Hachida, Mutsumi Kimura
  • 雑誌名: IEEE Sensors J 巻: (掲載確定)
  • 査読あり
• [学会発表] 2層同時結晶化poly-Si薄膜デバイスを用いた人工網膜の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野史郎、松村篤、安藤博晃、三浦佑太、小倉健、山下毅彦、木村睦、浦岡行治
  • 学会等名: 2011年(平成23年)春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 震災のためみなし発表
• [学会発表] 薄膜デバイスの人工網膜への応用検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 三浦佑太, 小倉健, 大野史郎, 八田智久, 西崎仁貴, 山下毅彦, 島武弘, 木村睦
  • 学会等名: 電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス研究会
  • 発表場所: 生駒
  • 年月日: 2009-12-04
• [学会発表] Sensor Applications of Thin-Film Transistors-Photosensor, Magnetic Sensor, Temperature Sensor and Chemical Sensor-(Invited) (2009)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Tomohisa Hachida, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Takeshi Ogura, Yuta Miura, Hayami Hashimoto, Masaaki Hirako, Toshifumi Yamaoka, Satoshi Tani, Yohei Yamaguchi, Yuki Sagawa, Koushi Setsu, Yoshiki Imuro, Kosuke Bundo
  • 学会等名: The 9th International Meeting on Information Display(IMID '09)
  • 発表場所: 韓国 Seoul
  • 年月日: 2009-10-15
• [学会発表] Color Sensitivity of Thin-Film Phototransistor using Poly-Si film with p/i/n Structure (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Hachida, Takeshi Ogura, Yuta Miura, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Mutsumi Kimura
  • 学会等名: 2009 The 16th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel displays and Devices(AM-FPD '09)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2009-07-02
• [学会発表] Three-Dimensional Transient Simulator of Laser Crystallization (2009)
  • 著者名/発表者名: Kuniaki Matsuki, Ryusuke Saito, Shuji Tsukamoto, Mutsumi Kimura
  • 学会等名: 2009 The 16th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel displays and Devices(AM-FPD '09)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2009-07-02
• [学会発表] Green Laser Annealing Crystallization for Three-Dimensional Device Application (2009)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Yamashita, Yuta Sugawara, Yukiharu Uraoka, Takashi Fuyuki, Mutsumi Kimura
  • 学会等名: The 2009 International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai(2009 IMFEDK)
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-05-14
• [学会発表] Sensor Applications of Thin-Film Devices-Photosensor, Magnetic Sensor, Temperature Sensor and Chemical Sensor-(Invited) (2009)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Tomohisa Hachida, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Takeshi Ogura, Yuta Miura, Hayami Has himoto, Masaaki Hirako, Toshifumi Yamaoka, Satoshi Tani, Yohei Yamaguchi, Yuki Sagawa, Koushi Setsu, Yoshiki Imuro, Kosuke Bundo, Tokihiro Yoshikawa, Tomohiro Tadokoro
  • 学会等名: International Display Manufacturing Conference/3D Systems and Application/Asia Display'09(IDMC/3DSA/Asia Display '09)
  • 発表場所: 台湾台北
  • 年月日: 2009-04-28
• [学会発表] 薄膜デバイスを用いた人工網膜の特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 八田智久, 西崎仁貴, 山下毅彦, 島武弘, 木村睦
  • 学会等名: 2009年(平成21年)春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 2009-03-30
• [学会発表] Green Laser Anneling Crystallization for Three-Dimensional device Application (2009)
  • 著者名/発表者名: Takehiko Yamashita, Yuta Sugawara, Yukiharu Uraoka, Takashi Fuyuki, Mutsumi Kimura
  • 学会等名: The 5th International TFT Conference
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2009-03-05
• [学会発表] μ-CZ法の2次元過渡シミュレーションおよびレーザー結晶化の3次元過渡シミュレータの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 松木邦晃, 斉藤龍輔, 塚本周史, 木村睦
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会 第6回研究集会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Artificial Retina using Thin-Film Devices Grayscale Detectability, Moving-Image Capturing and Color Sensitivity (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Hachida, Yoshitaka Nishizaki, Takehiko Yamashita, Takehiro Shima, Mutsumi Kimura, Hiroyuki Hara, Satoshi Inoue
  • 学会等名: The 15th International Display Worskops (IDW' 08)
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] 薄膜デバイスの人工網膜への応用検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八田智久, 西崎仁貴, 山下毅彦, 島武弘, 木村睦
  • 学会等名: 2008年(平成20年)秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
  • 年月日: 2008-09-04
• [学会発表] Poly-Si薄膜フォトトランジスタの特性解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八田智久, 西崎仁貴, 山下毅彦, 島武弘, 木村睦
  • 学会等名: 2008年(平成20年)秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 春日井
  • 年月日: 2008-09-03
• [学会発表] Two-Dimensional Transient Simulation of Laser Crystallization and Grain-Size Dependences on Thermal Conductivity and Substrate Temperature (2008)
  • 著者名/発表者名: Kuniaki Matsuki, Hiroki Nakao, Ryusuke Saito, Shuji Tsukamoto, Mutsumi Kimura
  • 学会等名: 2008 The 15th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel displays and Devices (AM-FP '08)
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-07-03
• [学会発表] Artificial Retina using Thin-Film Devices (2008)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Yoshitaka Nishizaki, Takehiro Shima, Takehiko Yamashita
  • 学会等名: 2008 SID International Symposium (SID 2008)
  • 発表場所: Los Angeles, USA
  • 年月日: 2008-05-22
• [学会発表] レーザー結晶化の2次元過渡シミュレーション〜熱伝導率と基板温度に対する結晶粒径の依存性〜 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松木邦晃, 中尾博樹, 斉藤龍輔, 塚本周史, 木村睦
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会第5回研究集会
  • 発表場所: 奈良
• [図書] 薄膜トランジスタ (2008)
  • 著者名/発表者名: 木村睦, 浦岡行治(共著), 薄膜材料デバイス研究会
  • 総ページ数: 229
  • 出版者: コロナ社
• [産業財産権] 人工網膜 (2008)
  • 発明者名: 木村睦, 中西孝, 神谷利夫
  • 権利者名: 龍谷大学, 東京工業大学
  • 産業財産権番号: 2008-128621
  • 出願年月日: 2008-05-15