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ホーム未来の生活を変える新機能デバイスの開発
SDGsの分類
研究テーマ
ナノ・材料
学科の分類
工学部電気電子システム工学科ナノ材料マイクロデバイス研究センター

未来の生活を変える新機能デバイスの開発 ―透明できらきらする酸化物半導体を電子デバイスに応用する―

工学部

電気電子システム工学科

新機能複合材料デバイス研究室

前元利彦 教授

共同研究者

佐々誠彦
小山政俊
和田英男
エナジーハーべスティング酸化物半導体フレキシブル

今まで半導体として利用されてきたシリコンに比べて異なる性質のもつ半導体や、透明でしなやかな材料を研究することで、新しい機能を持った素子の実現を目指します。たとえば、酸化物半導体に関する研究では透明なディスプレイ・情報端末を実現するための技術や、自在に曲げられるデバイス・センサに関する研究を進めています。これらの技術は未来の生活の利便性を大幅に高めます。

エナジーハーベスティングフレキシブルデバイス(1)
―使われずに捨てられているエネルギーを集めて電気ができる!?―

電波を用いた高周波タグのデータを非接触で読み書きする RFID(Radio frequency identifier)システムや、マイクロ波を直流電流に整流変換するアンテナであるレクテナ(Rectifying antenna)への利用が可能。無線LANのような微弱電波やマイクロ波エネルギーを高効率で電流に常時変換できるエナジーハーベスティング回路への応用を目指しています。

エナジーハーベスティング フレキシブルデバイス(2) 
―薄くて柔らかい透明半導体デバイスが現実のものになる!―

酸化物半導体を用いたプレーナタイプの完全透明ダイオードおよびフレキシブルダイオードの開発に成功。柔らかいフィルム素材の上に電子部品を形成する技術は新しいセンシング技術やウエラブルセンサなど、人間が身につけて生体情報を計測する技術への応用が期待できます。

超フレキシブル酸化物薄膜トランジスタ(1)
―曲がる!薄い!驚異のディスプレイや高機能薄膜センサが誕生する?―

曲率半径3mmまで曲げることができ、繰り返し曲げても絶えられる酸化物薄膜トランジスタの開発に成功しました。曲げ試験結果から、ZnOは柔軟で粘り強い性質を持っていることが明らかになりました。伸縮性、順応性、柔軟性を持つフレキシブル基材の柔軟性と印刷された低コストなデバイスを組み合わせて、新しいカテゴリーのエレクトロニクスを創出できます。

超フレキシブル酸化物薄膜トランジスタ(2)
―ペーパー状のディスプレイを丸めて持ち歩ける!?―

2端子素子において、基板の厚さを25μmと薄くすることで、酸化物材料であっても特性劣化のない素子を実現。構造最適化されたTFT構造では、実用レベルである6桁のon/off比を可能にするとともに、繰り返し耐性を持つ酸化物TFTを実現しました。基板の厚さを、さらに薄くすることによって曲率半径3mm程度までであれば、安定的に動作。また、繰り返し測定の結果から100回程度の曲げに対して耐性を確認するができました。現在は、酸化物薄膜の新たなフレキシブルデバイスの応用を目指して1000回、1万回の耐久試験を実施しています。

溶液プロセス積層膜薄膜トランジスタ
―シンプルなプロセスで表示デバイスがさらに進化する!―

酸化物半導体はアモルファス相での高い電子移動度、高い透明度、低いリーク電流、様々な製造プロセスへの高い適応性が挙げられます。中でも溶液プロセスは、非真空プロセスのため低コストでかつ大面積のデバイス形成が可能です。溶液法によるAZO前駆体溶液を用いた積層構造のTFTの作製と諸特性の評価を行ったところ、ZnO/AZO積層構造において顕著な抵抗減少とTFTの特性改善が見られました。今後、積層構造の構造最適化を進めることで、従来のTFTの性能を大きく上回るTFTの実現が見込まれます。

ナノインプリント法による酸化物薄膜ダイレクトパターニング
―より正確で精密なダイレクトプリントの実現へ!―

COP(シクロオレフィンポリマー)のレプリカモールドを用いた熱ナノインプリント法と前駆体溶液を組み合わせたZnO系薄膜のパターニングを実現。さらに、デューティ比1:1のパターンを用いて、1μmのパターンまでのダイレクトパターニングが可能であることを実証しました。石英モールド、COPモールド、酸化物薄膜については、ライン長とスペース長において、ほぼ設計通りにプリントされていることが分かりました。

研究者INFO: 工学部 電気電子システム工学科 新機能複合材料デバイス研究室 前元利彦 教授

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新規細胞老化抑制剤|アンヒドロフルクトース

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古崎 康哲

嫌気性消化(メタン発酵)

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橋本 智昭

融液内対流のモデル予測制御

融液内対流を制御する手法としては,るつぼの回転速度の調整,るつぼ側面の温度調整,磁場の印加などが制御入力の候補として考えられる.融液の対流現象を表現するための基礎方程式として,融液を非圧縮性流体と仮定すると,質量保存則から導かれる連続の式,運動量保存則から導かれるNavier-Stokes方程式,温度の拡散現象を表すエネルギー式,濃度の拡散現象を表す物質拡散方程式が挙げられる.これらの基礎方程式で記述される熱流体システムに対して,モデル予測制御系設計法が確立されている.

森内 隆代

イオン選択性電極

 金属イオンは、生体内で、水分調整や代謝などに大きく関与しています。当研究室では、社会の求める実用センサーを目指し、「目的のイオン・分子だけを認識・識別する認識化合物」を設計・合成しています。  そして、実際に用いられているイオン選択性電極としての性能評価や、センサー部の物性評価法の開発を行っています。

藤元 章

二硫化モリブデン/グラフェンの電気特性とガスセンサー応用

〔概要〕酸化膜付きのSi基板上にMoを電子ビーム蒸着させ,Moを硫化させることにより二硫化モリブデン薄膜を作製した.この二硫化モリブデンのトランジスタ動作も確認した.グラフェンと二硫化モリブデンのファンデルワールスヘテロ接合を作製し,その抵抗変化による水素ガスと一酸化窒素ガスの検知特性を調べた.CVDグラフェン単体よりも,二硫化モリブデン/グラフェンのヘテロ接合の抵抗変化が大きいことを確認し,ガスセンサー応用を目指している.

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