フレキシブル有機トランジスタ の開発と応用分野 - …...3...
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フレキシブル有機トランジスタ
の開発と応用分野
千葉大学 大学院 工学研究科
教 授 工藤 一浩
Development of Flexible Organic Transistors and Their Application Field
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研究背景
有機エレクトロニクスに期待するもの
１．軽量、大面積、フレキシブル
２．低コスト、低環境負荷プロセス
３．無機材料では不得意、有機材料でないとできない
研究分野の概要とそこでの位置づけ、社会的意義などの背景を、新技術の説明に入る前の導入としてご紹介ください。
•課題
１．電子デバイスとしての性能
２． 寿命・安定性 （酸素、水、熱）
３． 印刷精度、溶媒
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キャリア移動度の低い有機半導体
材料開発
・材料探索
・高純度化
・結晶化
評価技術
・局所物性評価
・構造・組成分析
プロセス技術
・配向制御
・積層化技術
・印刷技術
素子構造
・縦型FET
・相転移型FET
トランジスタ応用
低電流・低動作速度
大電流・高速化
集積化・複合化素子
新機能素子
従来技術とその問題点
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代表的な有機トランジスタ構造
G
G
縦型FET
横型FET ゲート絶縁膜
有機半導体
S
D
D
D
S
G
(a) (b)
(c) (d)
基板 (Si, プラスチック)
S S
G
S D
S D
G
S D
G (e) (f)
有機分子、分子ワイヤ
ドナー アクセプタ
新機能FET (電荷移動錯体)
(a) K.Kudo:Jpn.J.Appl.Phys.,23,130(1984), (c) K.Kudo:Thin Solid Films,331,51(1998) (e) T.Sumimoto and K.Kudo: Synthetic Metals, 86,2259(1997), (f) M.Sakai, K.Kudo: Appl.Phys.Lett., 90,062101(2007)
有機半導体
ゲート絶縁膜
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縦型有機トランジスタの利点
1. 短チャネル長（膜厚の対応） 大電流、低電圧動作、 高速動作 2. ダングリングボンド無し 有機分子はファンデルワールス力 界面準位の効果少ない 3. グレイン境界の影響が少ない 4. 薄膜デバイスへの適用性 有機LED、アンテナとの複合化
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S D
G ゲート絶縁膜
D
G
キャリアの流れ
亀裂
(a)横型 FET(OFET) (b) 縦型 FET(OSIT)
S
亀裂 キャリアの流れ
横型、縦型FETの曲げ特性
5 10 15 20
Compression Tension
5 10 15 20 -3
-2
-1
0
Bending radius [mm]
I DS
[ μ
A]
∞
V DS = － 3 V ＠
V G = － 0.6 [V]
V G = － 0.4 [V]
Y.Watanabe et al, Appl.Phys.Lett., 89, 233509-1-3(2006) 折り曲げに強い構造
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キャリア注入層: DPh-BTBT(90%)+C60F36(10%)
S
S
DPh-BTBTを用いた縦型トランジスタ
|ID| (A
)VGS (V)
VDS=-3V
in N2
in O2
in air
イオン化ポテンシャル(IP)の大きな材料：DPh-BTBT
大気中で安定動作
50 nm
20 nm
20 nm
100 nm
250 nm
150 nm
injection layer
active layer
50 nm
20 nm
20 nm
100 nm
250 nm
150 nm
injection layer
active layer
IP=5.4 eV, µFET=0.46 cm2/Vs
高い電流密度：250 mA/cm2
電流 on/off 比 >3000
低電圧動作： 3 -4 V
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発光面積の向上
縦型有機発光トランジスタ
(Organic Light Emitting Transistor: OLET)
・容易なプロセス
・短チャネル
縦型トランジスタのディスプレイ応用
SIT
ドレイン：陰極
発光層
正孔輸送層
ソース : 陽極 (ITO)
ガラス基板
OLED
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G
D
S
G
D
S
G
D
S
G
D
S
G
D
S
G
D
S
OFET Channel OFET Channel
D
S
G
D
S
G
D
S
G
D
S
G
on on
off off
SVC-OFET をループアンテナに挿入する
(N turn loop)
(N turn loop)
(1 turn loop)
例1 例2
入射波 反射波
Off On
周波数
反射特性
縦型トランジスタの情報タグ応用
Off
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想定される用途
• 本技術の特徴を生かすためには、フレキシブルディスプレイ、情報タグ製造に適用することで新市場開拓のメリットが大きいと考えられる。
• 上記以外に、医用・バイオ・センサ分野への波及効果が期待される。
• また、達成された大面積、低コストプロセスに着目すると、安全・安心・環境エネルギー分野に展開することも可能と思われる。
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想定される業界
• 利用者・対象
印刷製造メーカー、フレキシブルディスプレイ、
プラスチック情報タグ・カードへの参入企業
• 市場規模
開発、導入費用：数億円－５０億円と想定
→２兆円の市場規模
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実用化に向けた課題
• 現在、基礎的な有機トランジスタの基礎特性とフレキシブルディスプレイや情報タグへの適用可能性について研究開発済み。しかし、実用レベルの性能確認集積化、安定性の点が未解決である。
• 今後、フラスチック基板上、実用化に必要な基礎実験データを取得し、種々応用分野に適用していく場合の条件設定を行っていく。
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企業への期待
• 未解決の実用化基礎技術については、印刷、ラミネート技術との融合により克服できると考えている。
• 上記技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• プリンテッドエレクトロニクス、フレキシブルエレクトロニクスを開発中の企業、本分野への展開を考えている企業には、有機半導体、有機トランジスタ技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：有機薄膜トランジスタ及び
それを用いた半導体素子
• 出願番号 ：特願2007-512797
• 特許番号 ：4848522
• 出願人 ：千葉大学
• 発明者 ：渡邊康之、工藤一浩
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産学連携の経歴
• 2004年-2008年 NEDOプロジェクト：
「高効率有機デバイス」実施：
PJリーダー（千葉研究所）
• 2008年-2012年 (株)リコーと共同研究実施
• 2012年- NEDOプロジェクト：
「プリンテッドエレクトロニクス」再委託
• 2012年 JST：Ａ－ＳＴＥＰ事業：
「ロボット指向インテリジェント
ソフトデバイスの開発」に採択
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お問い合わせ先
千葉大学
コーディネーター 阿草 一男
ＴＥＬ ０４３－２９０ － ３５６５
ＦＡＸ ０４３－２９０ － ３５１９
e-mail ａｇｕｓａ＠ｆａｃｕｌｔｙ．ｃｈｉｂａ－ｕ.ｊｐ