2021 Fiscal Year Annual Research Report
有機-シリコン混成回路による高機能・超低価格使い捨てヘルスケアセンサの実現
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20H04156
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 高史 京都大学, 情報学研究科, 教授 (20431992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 泰弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30635298)
栗原 一徳 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (30757414)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 有機トランジスタ / センサ / トランジスタアレイ / ハイブリッド回路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度検討した有機トランジスタの特性変動モデルを、実際の回路設計に適用して精度を確認した。既にメモリセル等について先行して検討を開始していた回路についても、より詳細な分析を行った。その結果、シミュレーションを用いる最適化により、既存の回路よりもロバストに動作する回路を実現できることが明らかとなった。また、昨年度より引き続き、バックゲート型の有機トランジスタのレイアウト設計最適化によるリーク電流の軽減に取り組んだ。ゲート電極、絶縁膜、有機半導体、ソースドレイン電極の重なりが異なることによるトランジスタの電流の変化を調べることで、リーク電流発生のメカニズムとリーク電流の経路に関する仮説を立て、仮説の正しさを検証するためのチップ試作を行った。その結果、オン電流を大きく変化させることなく、リーク電流を改善できるレイアウト構造の考案に至った。この成果により、製造用のマスク枚数の追加等なく回路動作のロバスト性を向上できることが期待される。
回路設計では、センサセルの出力を多重化できるスイッチ構造を検討し、シミュレーションと実測による評価を行った。新たなスイッチ構造の考案により、オン・オフ比を改善できることを示した。有機トランジスタのコンダクタンスと寄生容量にともなう帯域の制限はあるが、センサアレイ回路の実現に関する見通しを得た。さらに、スイッチにより選択された信号をディジタル値に変換する回路方式についても検討を開始した。
有機トランジスタでの測定と併用し結果を融合することでコストを上昇させることなく精度を向上できるセンシング手法として、市販WiFiのチャネル状態情報を用いる方法、およびビデオカメラを用いる方法、を検討した。いずれもノイズは大きいが、心拍信号を抽出することが可能である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度は、プローブの調達が困難となったことにより、今年度の実施予定項目と昨年度の実施予定項目を一部入れ替えてプロジェクトを進めた。今年度はプローブが調達でき昨年度実施すべきであった項目を含め、計画で想定した内容を概ね実施できた。順番の入れ替わりがあったが、年度末の時点では計画通りの進展となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機トランジスタのモデルに関しては、今後回路設計への活用を進めていく。ただし、有機トランジスタを複数組み合わせて回路を作成する際に特徴的な不良モードが現れていることから、この不良モードを解消できる製造プロセスを検討しつつ、より大きな回路の設計を行う。
当初の予定通り、小規模なスイッチマトリクスについては有機トランジスタで作成できる見込みを得ていることから、大規模化、および実際の読み出し動作の確認に向けて検討をすすめる。また、読み出し回路を含め完全に有機トランジスタで回路を構成することで、一層のコスト削減にもつながることから、基本的なアナログ回路の実現性についても試作を通じた評価をすすめる。さらに、他の手段で得られる情報の有効活用方法についても検討をすすめる。
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| Remarks |
情報回路方式(佐藤高史)研究室 ウェブページ
http://easter.kuee.kyoto-u.ac.jp/
研究成果を論文誌や学会にて発表した際に、その内容を平易にまとめている。
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