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プラスチックフィルムや紙、生体表面にも印刷可能な電子回路

岡山大学、NIMSなど、室温で製造できる有機薄膜トランジスタを開発

2014年05月09日 17時55分更新

文● 行正和義

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フレキシブルなプラスチックフィルムに印刷した有機トランジスタ配列

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)、物質・材料研究機構(NIMS)、岡山大学、コロイダル・インクからなる研究チームは、室温で印刷するだけで有機薄膜トランジスタ を形成するプロセスを確立した。

開発した室温導電性金属ナノ粒子と室温印刷による有機トランジスタ

 有機薄膜トランジスタは有機半導体を用いる薄膜素子で、印刷によって薄くフレキシブルな電子回路を低コストで作ることができるため、印刷できる電子回路「プリンテッドエレクトロニクス」として期待されている。しかし、これまでの有機薄膜トランジスタは100~200度以上の高温で焼結する工程を必要としたため、プラスチックフィルムや紙といった耐熱性のない素材には不向きだった。

表面選択的成膜法による室温導電性金属ナノ粒子のパターニング

 NEDOの若手研究グラント事業において進められた物質・材料研究機構と岡山大学の研究チームは、室温で塗布乾燥するだけで固体金属と同レベルの導電性を有する金属ナノインクの開発に成功。これはナノメートルサイズの金属粒子に芳香族性の分子を配位させてインクに分散、室温で導電性が確保している。

プラスチック基板上に室温印刷プロセスで形成した有機TFTアレイ(すべての素子は完全にパターニングされて独立に動作する)、下は動作特性

 トランジスタの作成は、基板表面を薄い撥水性ポリマーの膜で覆ったのち親水性パターンを光学的手法で形成、金属ナノインクを選択的に塗布することで精密な電極とし、有機薄膜トランジスタを作成した。また、室温プロセスで作成したトランジスタが性能面においても高温プロセスによる従来品を大きく上回ることを確認したという。

紙(写真用紙)に印刷した有機TFTアレイとその動作特性

 加熱をいっさい必要としないため、プリンテッドエレクトロニクスの大量生産工程を大幅に低コスト化できるほか、フィルムや紙など素材の幅が大きく広がる。さらには生体にセンサーなど電子回路を印刷することも可能になるため、医療・バイオエレクトロニクスといった分野での可能性が広がるという。

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