研究紹介
丸文学術賞 受賞者

有機トランジスタを用いた大面積エレクトロニクスに関する研究― 曲がる電子のスイッチでロボット用の電子皮膚を実現 ―染谷 隆夫
東京大学大学院 工学系研究科 助教授

はじめに１. 有機トランジスタの新しい応用た、有機光検出器と有機トランジスタを集

私たちは、世界に先駆けて大面積センサ・積化することによって曲がるイメージ・スキ

無機半導体材料を中心とする現在のエ大面積アクチュエータ応用という有機トラ

ャナーを試作しました。さらに、
プラスティッ

レクトロニクスを一層発展させる上で、無機ンジスタの新しい可能性を示し、この分野クMEMSと有機トランジスタを融合すると材料と相補的な特徴をもつ有機材料は、に注力して研究を進めてきました。特に、ゴいう新領域を世界に先駆けて創製し、実際様々な観点より活発に研究が進められてムで出来たシート状の圧力センサやシートにこの手法でシート型点字ディスプレイをきました。近年、有機半導体をチャネル層状の有機温度センサを有機トランジスタと試作するなど、有機トランジスタの新たな用にした有機トランジスタが実現され、有機材集積化する技術を開発し、伸張性がありか途を開拓してきました。

料の可とう性、軽量性、低コスト性などを活

つ温度と圧力の分布を大面積で計測でき用した新しいエレクトロニクスがいよいよ現るセンサ・フィルムを実現しました。このユ実味を帯びてきました。このような背景のニークなセンサは次世代の電子人工皮膚なか、私たちの研究グループは、有機エレとして有望視され、注目を集めています。ま2. くにゃくにゃと曲がる
有機トランジスタの試作
有機半導体や高分子絶縁体など材料クトロニクスが発展する鍵となる「大面積の集積回路」に的を絞り、世界ではじめて有機トランジスタを大面積センサや大面積アクチュエータへ応用しました。具体的には、ロボット用の電子人工皮膚やシート型点字ディスプレイを実現するなど、有機トランジスタの新しい用途を提案・実証しました。

研究成果
有機トランジスタは、柔らかい電子のスイッチです。キャリアが流れるチャネル層には、炭素と水素を骨格にした有機半導体が用いられており、通常、高分子フィルムの上に製造されます。私たちは、この有機トランジスタに関する研究に取り組み、以下の3つの成果を挙げました。

図1 有機トランジスタを用いて作製されたロボット用電子人工皮膚シート。
高分子フィルムの上に製造されており、電極以外のすべての層が柔らかい材料でできているため、可とう性に優れる。ロボットのほっそりした指先にも巻きつけることができる。

1 中間配線層

12 感圧導電ゴムシート
3 共通電極624 有機トランジスタ・マトリックス
5 行デコーダ
6 列セレクタ354

図2 可とう性を有する大面積圧力センサーシステムの写真。センサー・マトリックス、行デコーダー、列セレクターを別々のフィルムに作製し、貼り合せて製造される。センサ
ー・マトリックス・シートは、４枚の機能性フィルムを貼りあわせて作製される：有機トラン
ジスタによるアクティブ・マトリックスを形成した高分子フィルム、スルーホールを有する高分子フィルム（中間配線層）、感圧導電ゴムシート、全面電極をコートした高分子フィルム（共通電極層）。に検討を加え、くにゃくにゃと自由に曲げるを含む大面積センサの製造技術、さらに「切路設計に要する時間を節約でき、コストのことのできる有機トランジスタの作製技術

り貼り」による有機集積回路などユニーク削減が可能になると期待できます。

を確立しました。まず、180℃という低温でな回路技術を実現しました。本研究では、硬化できるポリイミドを有機トランジスタのセンサ・マトリックスだけでなく、そこから圧ゲート絶縁膜に応用しました。ポリイミドの力データを読み出すために必要なセレクタ

硬化温度は通常300℃程度ですが、180やデコーダなど周辺回路も有機トランジスまとめ
有機トランジスタの新しい応用として、大℃まで下げられているため、PENフィルムなタで試作しました。集積回路では、階層の面積センサと大面積アクチュエータに関す

ど低価格でガス遮蔽性に優れた高分子フ異なる電極間を結ぶビアと呼ばれる縦穴る研究を中心に紹介しました。特に、有機ィルムが利用できました。可とう性の高い配線を作製し、トランジスタとトランジスタをトランジスタと様々なセンサや柔らかいアク有機トランジスタが実現され、実際にこのト接続します。私たちは、はじめてレーザー加チュエータを集積化することによって、従来ランジスタが曲率半径0.5mmまで折り曲工を有機トランジスタに応用し、有機トランは作製が困難であった電子人工皮膚、曲げても特性が劣化しないことを実験的に示ジスタの性能を劣化させることなくビアを作がるスキャナー、薄型点字ディスプレイが実しました。また、ゲート絶縁膜の表面平坦製しました。

現できることを述べました。これらのデバイ性に注意を払い、数ミクロン寸法の大きなさらに、電子人工皮膚の駆動回路では、スの応用範囲は広範で、圧力センサひとつグレインを形成した結果、有機トランジスタ物理的に切り貼りしながら、有機集積回路取っても、ロボット用の電子人工皮膚にとの移動度が1.4cm 2 /Vsに達しました。高を構築する新手法が用いられています。こどまらず、再生医療、新しい防犯センサーシ分子フィルムの上に高分子ゲート絶縁膜れはシリコンではなかった概念です。まず、ステム、交通安全システムなどにも波及すを用いて形成された可とう性の高いトラン同じパターンが繰り返されている皮膚シーると期待されます。有機トランジスタは、環ジスタにおいても、アモルファスシリコンのトを大量に製造し、それから洋服を型紙に境エレクトロニクスの実現には不可欠なデと同程度かそれ以上移動度（1cm 2 /Vs）あてて裁断するように皮膚シートを切り出バイスであると考えられ、シリコンと相補的に達することが示されました。

し、ロボットの表面に貼り付けていきます。に利用することにより、大きな相乗効果が私たちは、このような切り貼りによる方法を見込まれます。今後、素子の安定性・信頼考案し、実際にシステムとしての動作を確性に関する課題が解決され、有機トランジ認しました。センサの配列数や形状に応じスタが大きな分野へと成長していくこと期て新しくマスクをつくる必要がないので、回待しています。

3. 有機トランジスタ集積回路の製造技術と回路技術
レーザー加工応用や貼り合わせの手法

R e f e r e n c e s（ 参 考 文 献 ）【1】T. Someya and T. Sakurai, "Integration of Organic Field-Effect Transistors and Rubbery Pressure
Sensors for Artificial Skin Applications", 2003 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM),#8.4, Technical Digest, 203（2003）.
【2】T. Someya, H. Kawaguchi, and T. Sakurai, "Cut-and-Paste Organic FET Customized ICs forApplication to Artificial Skin", 2004 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC), #16.2,288（2004）.
【3】T. Someya, Y. Kato, S. Iba, H. Kawaguchi, and T. Sakurai, "Integration of organic field-effecttransistors with organic photodiodes for a large-area, flexible, and lightweight sheet image scanner",IEEE Transactions on Electron Devices 52, 2502（2005）.
【4】T. Someya, Y. Kato, T. Sekitani, S. Iba, Y. Noguchi, Y. Murase, H. Kawaguchi, and T. Sakurai,"Conformable, flexible, large-area networks of pressure and thermal sensors with organic transistor
active matrixes", Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 102, 12321（2005）.