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2021 年度 実績報告書

フローティングゲート構造を用いた有機トランジスタの特性不均一補償回路の研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K21003
研究機関大阪大学

研究代表者

関谷 毅  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80372407)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2022-03-31
キーワードフレキシブルエレクトロニクス / 有機トランジスタ / 特性補償技術
研究実績の概要

本研究は、研究代表者関谷らが世界に先駆けて開発した「フローティング(浮遊)ゲート型有機不揮発性メモリトランジスタ技術」と、「柔軟性に優れたフレキシブルトランジスタ技術」を融合させることで、フレキシブル有機トランジスタ素子間の特性バラツキを動的に抑制する「特性補償技術を開発」し、数日間の連続駆動に対して安定動作するフレキシブルトランジスタ集積回路を実現する取り組みである。研究開発期間中に、以下に示す3つの目標を中心に取り組みデバイス作製と電気的特性評価を実施してきた。
1)浮遊ゲート型フレキシブル有機トランジスタのプロセス最適化を目的に、浮遊ゲート型フレキシブル有機トランジスタのトランジスタサイズ(チャネル長、チャネル幅、絶縁膜厚み)、各種有機半導体材料(低分子、高分子、P型、N型)をパラメータとしてトランジスタを作製し、その電気的特性、閾値バラツキの定量的評価を行った。その結果、移動度2cm2/Vsという極めて良好な移動度を実現した。
2)閾値ばらつき( = <100 mV)の実現を目指し、浮遊ゲート型有機トランジスタによる閾値変調効果の確認と動的制御の有用性検証に取り組んだ。その結果、駆動電圧2 Vと低電圧での駆動においても、駆動周波数100kHzの回路ブロックを実現することができた。一連の取り組みにおいて得た特性バラツキの少ないトランジスタ製作技術の成果は、世界的な欧文学術論文誌Nature Communicationsへ掲載された。
3)浮遊ケート型構造の動的特性補正技術に加えて、さらに長期的な特性補償実現できる技術として「光プロセスによる特性補償技術」の開発に成功し、世界的な学術論文誌Advanced Materialsに掲載された。
一連の特性補償技術を実現し、大規模なシート型圧電システムを構築することで、その有用性を示し、世界的論文にの掲載など高い評価を受けた。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 備考 (2件) 産業財産権 (5件) (うち外国 2件)

  • [国際共同研究] JOANNEUM RESEARCH(オーストリア)

    • 国名
      オーストリア
    • 外国機関名
      JOANNEUM RESEARCH
  • [雑誌論文] Imperceptible Energy Harvesting Device and Biomedical Sensor Based on Ultraflexible Ferroelectric Transducers and Organic Diodes2021

    • 著者名/発表者名
      Andreas Petritz, Esther Karner-Petritz, Takafumi Uemura, Philipp Schafner, Teppei Araki, Barbara Stadlober, Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 2399

    • DOI

      10.1038/s41467-021-22663-6

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mobility enhancement of DNTT and BTBT derivative organic thin-film transistors by triptycene molecule modification2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Sugiyama, Sophie Jancke, Takafumi Uemura, Masaya Kondo, Yumi Inoue, Naoko Namba, Teppei Araki, Takanori Fukushima, and Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      Organic Electronics

      巻: 96 ページ: 106219

    • DOI

      10.1016/j.orgel.2021.106219

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Macroscale Mesh Design of Metal Nanowire Networks on the Conductive Properties for Stretchable Electrodes2021

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takane, Yuki Noda, Naomi Toyoshima, and Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 24 ページ: 243102

    • DOI

      10.1063/5.0051935

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Heterogeneous Functional Dielectric Patterns for Charge-Carrier Modulation in Ultraflexible Organic Integrated Circuits2021

    • 著者名/発表者名
      Koki Taguchi, Takafumi Uemura, Naoko Namba, Andreas Petritz, Teppei Araki, Masahiro Sugiyama, Barbara Stadlober, and Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 33 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1002/adma.202104446

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Ultraflexible magnetic sensor system integrated with organic multifunctional circuits2021

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      SPIE Proceedings

      巻: 11810 ページ: 118100M

    • DOI

      10.1117/12.2595004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Low-temperature Printable and Stretchable Circuit Board and Its Application to Flexible Hybrid Electronics2021

    • 著者名/発表者名
      Teppei Araki, Yusuke Okabe, Naoko Kurihira, Yuko Kasai, Yuki Noda, Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      2021 International Conference on Electronics Packaging

      巻: 1 ページ: 61 62

    • DOI

      10.23919/ICEP51988.2021.9451994

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Frequency Characteristics of Ultrathin and Transparent Organic Electrochemical Transistors with 1-μm-Thick Parylene Lamination2021

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Nishimura, Teppei Araki, Ashuya Takemoto, Mihoko Akiyama, Kazuki Kiriyama, Yuko Kasai, Naoko Kurihira, Takafumi Uemura, Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      2021 International Conference on Electronics Packaging

      巻: 1 ページ: 145-146

    • DOI

      10.23919/ICEP51988.2021.9451962

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A photocurable bioelectronics-tissue interface2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Sekitani
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 20 ページ: 1460 1461

    • DOI

      10.1038/s41563-021-01103-2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Ultra-Thin and Lightweight Organic Amplifier Enabling Bio-Signal Monitoring with Reduced Noise Levels2021

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      2021 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices (AWAD 2021)
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultraflexible Magnetic Sensor Matrix Integrated with Organic Driver Circuits2021

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      10th imec Handai International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Imperceptible Energy Harvesting Device and Biomedical Sensor Based on Ultraflexible Ferroelectric Transducers and Ultraflexible High Frequency Organic Diodes2021

    • 著者名/発表者名
      Barbara Stadlober, Andreas Petritz, Esther Karner-Petritz, Takafumi Uemura, Philipp Schaffner, Teppei Araki, Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall Meeting and Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultraflexible Magnetic Sensor System Integrated with Organic Multifunctional Circuits2021

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-Noise Flexible Sensor Sheets for Imperceptible Biomonitoring System2021

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Uemura and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      International Flexible Electronics Technology Conference, IFETC 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] マクロスケールメッシュ構造を有する金ナノワイヤネットワークのひずみ下における導電メカニズム2021

    • 著者名/発表者名
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 関谷毅
    • 学会等名
      応用物理学会関西支部2021年度第1回講演会
  • [学会発表] 生体計測に資する有機トランジスタの紫外光による特性制御2021

    • 著者名/発表者名
      田口剛輝, 植村隆文, 難波直子, Andreas Petritz, 荒木徹平, 杉山真弘, 関谷毅
    • 学会等名
      第19回産総研・産技連LS-BT合同研究発表会
  • [学会発表] フレキシブル生体計測センサを用いた心電図の低ノイズ計測2021

    • 著者名/発表者名
      杉山 真弘, 植村 隆文, 近藤 雅哉, 秋山 実邦子, 難波 直子, 吉本 秀輔, 野田 祐樹, 荒木 徹平, 関谷 毅
    • 学会等名
      第19回産総研・産技連LS-BT合同研究発表会
  • [学会発表] 透明フレキシブル電気化学トランジスタの印刷作製と周波数特性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      西村和也, 荒木徹平, 竹本明寿也, 桐山一輝, 秋山実邦子, 笠井夕子, 栗平直子, 植村隆文, 関谷毅
    • 学会等名
      第27回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム
  • [学会発表] 超柔軟な透明配線技術の開発と高耐久エレクトロニクスへの応用2021

    • 著者名/発表者名
      荒木徹平,竹本明寿也,笠井夕子, 栗平直子,根津俊一,飯田博一,植村隆文,関谷毅
    • 学会等名
      第27回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム
  • [学会発表] 光パターニングによるフレキシブル有機トランジスタの閾値電圧制御2021

    • 著者名/発表者名
      田口剛輝, 植村隆文, 難波直子, Andreas Petritz, 荒木徹平, 杉山真弘, 関谷毅
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 金属ナノワイヤネットワークからなる伸縮性マクロメッシュ電極のデザインと導電特性の相関2021

    • 著者名/発表者名
      高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 関谷毅
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] フレキシブル相補型回路への応用に向けた有機トランジスタの光パターンによる閾値電圧制御2021

    • 著者名/発表者名
      田口剛輝, 植村隆文, 難波直子, Andreas Petritz, 荒木徹平, 杉山真弘, Barbala Stadlober, 関谷毅
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 金属ナノワイヤを用いた透明電極シートの開発と生体計測応用2021

    • 著者名/発表者名
      荒木徹平, 関谷毅
    • 学会等名
      2021年第11回有機無機接合研究会
  • [学会発表] Heterogeneous Chemical Patterns of Polymer Gate Dielectrics in Ultraflexible Organic Transistors2021

    • 著者名/発表者名
      Koki Taguchi, Takafumi Uemura, Naoko Namba, Andreas Petritz, Teppei Araki, Masahiro Sugiyama, and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      Young Researchers Society for Flexible and Stretchable Electronics 2nd Event
  • [学会発表] Imperceptible Energy Harvesting Device and Biomedical Sensor Based on Ultraflexible Ferroelectric Transducers and Organic Diodes, Materials, The Building Block For The Future2021

    • 著者名/発表者名
      Barbara Stadlober, Andreas Petritz, Esther Karner-Petritz, Takafumi Uemura, Philipp Schaffner, Teppei Araki, Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      3rd AAFM-UCLA International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-Temperature Printable and Stretchable Circuit Board and Its Application to Flexible Hybrid Electronics2021

    • 著者名/発表者名
      Teppei Araki, Yusuke Okabe, Naoko Kurihira, Yuko Kasai, Yuki Noda, and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging
    • 国際学会
  • [学会発表] An Ultraflexible Organic Amplifier for Processing Electrocardiogram2021

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Sugiyama, Takafumi Uemura, Masaya Kondo, Mihoko Akiyama, Naoko Namba, Shusuke Yoshimoto, Yuki Noda, Teppei Araki, and Tsuyoshi Sekitani
    • 学会等名
      Young Researchers Society for Flexible and Stretchable Electronics
    • 国際学会
  • [備考]

    • URL

      https://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/aed/japanese/

  • [備考]

    • URL

      https://www.sekitani-lab.com/

  • [産業財産権] 処理装置及び出力装置2022

    • 発明者名
      関谷 毅 他
    • 権利者名
      関谷 毅 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-047990
  • [産業財産権] 計測装置2021

    • 発明者名
      関谷 毅 他
    • 権利者名
      関谷 毅 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-195710
    • 外国
  • [産業財産権] 増幅回路およびその製造方法2021

    • 発明者名
      関谷 毅 他
    • 権利者名
      関谷 毅 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-123388
  • [産業財産権] 配線シート、シート状システム、及び構造物運用支援システム2021

    • 発明者名
      関谷 毅 他
    • 権利者名
      関谷 毅 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-168464 分割出願
  • [産業財産権] 生体信号計測装置2021

    • 発明者名
      関谷 毅 他
    • 権利者名
      関谷 毅 他
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-073112 継続出願
    • 外国

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公開日: 2022-12-28  

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