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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
フレキシブルエナジーハーべスティング酸化物半導体

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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大塚 生子

イン/ポライトネスと人間関係の周縁化について

通信手段の多様化によるコミュニケーションの機会の増加は、他者との親密な関係を築く機会の増加であると同時に、対立を生み、人間関係の軋轢が生じる機会の増加であるともいえる。 従来、言語使用と人間関係の構築(維持、崩壊を含む)を取り扱うイン/ポライトネス研究は、「円滑なコミュニケーション」を前提とした「相手への配慮」に関心を置き、人を周縁化したり傷つけたりする相互行為には着目してこなかった。 本研究では「ママ友」のコミュニティを集団特性を持つコミュニティのひとつと見なし、相互行為者間の実質的・感情的利害の対立に由来する場面の分析を通して、集団内での他者の周縁化を考察する。

福原 和則

イノベーションを誘発するワークプレイスの設計

製品開発を行うワーカーのための新しい環境を構想するにあたっては、単なる「箱モノ」の設計を超えたプロセスを共有することが重要である。場としての環境を設計する行為を会社やチームそのものを設計する行為であるととらえ、時には「デザイン思考」の方法論を取り入れて検討をおこなうと有効である。内容の検討に加えてプロセスも合わせてマネージメントすることが求められる。

加瀬 渡

インタラクタを用いた線形制御系の解析・設計

追従制御系を構成する際、制御対象の伝達関数に対して、その逆数を前置補償器として用いる方法が考えられる。この補償器は微分器を含み、その部分をインタラクタという。一入出力系では、インタラクタは伝達関数の相対次数を有する多項式とすればよい。しかし、多入出力系においてはインタラクタは多項式を要素とする行列になり、伝達関数の相対次数以外に、そのパラメータにも依存するため導出も難しい。本研究では、出力数が入力数よりも多い系に対してインタラクタに関連する様々な問題、例えば特異な重みを有するLQ問題の解の陽表現、最大非可観測化問題、状態フィードバックにより逆インタラクタ化、不変零点の計算法などを考える。

眞銅 雅子

プラズマ照射による植物の成長促進と機能性改善

近年の食の安全性への関心や、健康志向による機能性食品の需要増に応えるため、薬品を使用しない殺菌・消毒処理および農産物の持つ機能性の改善が望まれています。一方で、半導体産業等で使用されるプラズマは電子・イオンに加え化学的活性の高い粒子(活性種)を多量に含み、農業・医療分野においても幅広い用途が見込まれます。本研究では、植物種子等の生体表面にプラズマ照射を行うことで、種子表面の殺菌や、成長の促進、鮮度保持、機能性の向上等を目指しています。

中村 吉伸

シランカップリング剤によるエポキシ樹脂の高性能化

 超LSIの封止樹脂は,エポキシ樹脂にシリカ粒子が分散されており,界面の接着による高強度化や吸水率低減の目的でシランカップリング剤も加えられている。発表者らは,以下の比較からさらに高性能化できるシランカップリング剤の構造と使用方法を明らかにした。1)前処理法とインテグラルブレンド法  2)構造:界面結合型と疎水化型  3)界面の結合とマトリックスの改質  今後,自動車組立はエポキシ樹脂による接着が主流になるが,この高性能化にも応用可能である。

小寺 正敏

絶縁物への電子ビーム照射時の無帯電条件

電子ビーム(EB)は原子サイズ程度にまで細く絞れるため、レーザービームより格段に微細な加工が可能で、最先端集積回路製造を含む様々なナノテクノロジーで使用されている。ところが、EB照射される試料が絶縁体の場合、電子電荷の蓄積等で試料が帯電することは避けられず、応用範囲が限られると懸念されてきた。我々はEB照射後の絶縁体表面の電位分布を測定する静電気力顕微鏡(EFM)を開発し、照射条件によって起こる帯電現象がどのような特徴を示しながら変化するかを詳細に調べた。その結果、大量のEB照射を行っても試料が帯電しない条件を発見した。

中村 成春

コンクリート工学計算ツールとしての収縮ひび割れ制御法の開発

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小林 正治

リサイクル可能なエーテル系溶媒を用いる環境適合型有機合成法

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小林 弘一

壁の向こうに何がある?!

一つ目は電波の透過性に関する研究です。医療機関におけるX線CTとかMRIで想像できるように、電磁波は誘電体内を通過します。この性質から、建物内の様子を画像化する近距離レーダが考えられます。セキュリティ用の壁透過レーダ、水道管、ガス管、地雷などの地中埋設物探知レーダ、空港での危険物検知用レーダなどに応用できます。このレーダは一つ使い勝手の悪いところがあり、画像を作るために、送受信アンテナを規則的に走査する必要があります。そこで、オペレータがアンテナを自由に移動させても画像が得られる処理法を考案し確認中です(図1)。

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リース機器の循環型物流における需要予測と在庫最適化

出荷と撤去・回収の存在する循環型物流において,最適化技術を利用して需要の期待値を予測するとともに,突発需要等の変動を確率分布を用いて予測した.これにより倉庫や販売店など,全国に点在する数十拠点を対象に在庫最適化を行った.実際の物流システムにも採用され,実務担当者による運用からさらにコストを低減することが可能となった.

中西 真悟

標準正規分布の幾何学的対称性

連続な確率変数の確率密度関数の積分形は、0から1までで評価できる累積分布関数です。では、累積分布関数を積分するとき、積分形の関数の一階の導関数は、累積確率として0から1までの傾きになります。つまり、直角三角形を用いた三平方の定理による評価が可能になります。そこで、標準正規分布の幾何学的対称性を応用しながら三平方の定理を用いてみると、新たな確率評価基準が思考できます。

松島 栄次

新しい熱物性値測定法

未来の発電所となる核融合炉では,数十億度の超高温プラズマを閉じ込める構造材料として傾斜機能材料が,宇宙旅行を実現するためのロケットエンジンでは,数千度の燃焼ガスを噴射する構造材料として炭素繊維強化炭素複合材料が開発されています.どちらの材料も,【熱が加えられたとき,どのような応答をするのか?】を調べることが重要です.そこで,伝熱工学研究室では,そのような最先端の材料内を熱が伝わる速さとその測定法を研究しています.

大石 容一

デザインアーカイブ研究の手法と発展

2015年9月に締結した大阪工業大学と大阪市経済戦略局(大阪市新美術館建設準備室)との包括連携協定(2015.Sep.~2019.Mar.)のもと, 2021年開館予定である中之島美術館(2019年に正式名称として決定)の展示コンテンツの基となるデザインアーカイブの研究を目的とし, インダストリアルデザイン・アーカイブズ研究プロジェクト(IDAP)との共同研究及びシンポジウムの運営を行っている。発明家やデザイナー, 企業, 研究者他に聞き取りを行いながら情報を収集・編集し, デザインアーカイブとして未来に繋げることを目指す。

日置 和昭

降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究

 都市デザイン工学科の地盤領域(地盤防災研究室、地盤環境工学研究室)では,近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています.このうち,降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究を紹介します.

林 茂樹

知的財産学部シーズ一覧

知的財産学部所属教員の研究シーズ一覧です.

大塚 生子

日常会話における差別の(再)生産について

「ヘイトスピーチ」という語はこれまで、街宣活動やオンラインの掲示板などで不特定多数の人々に向けて発せられる、特定のアイデンティティを有する人々への差別的言語行動に対して用いられてきた。しかし、偏見や差別が人々の日常会話において談話を通して(再)構築されることを鑑み、本研究では個人間会話というミクロレベルでの差別の実践を問題とする。本研究では実際の会話の談話分析を通し、日常会話における差別は、「差別は悪である」という社会通念・規範よりも、相手との人間関係を良好に保つという相互行為上の規範が優先されるために起こるということを論じた。

権 淳日

地震から私の家を守ろう!

昔から甚大な地震被害に見舞われた日本では,地震から人命や財産を守るための努力を怠らず続けてきており,現在の耐震技術は世界の最先端となっている。これらを踏まえ,地震により被災した建物を対象として,実験および解析に基づきその損傷量や残存耐震性能を評価する。また,特定国の文化や環境を考慮した新型建築構造システムの開発およびその構造性能評価に取り組んでいる。

谷 保孝

古第三紀神戸層群凝灰岩層の層序学的・記載岩石学的研究

 本研究では,兵庫県三田盆地に分布する神戸層群凝灰岩層をより精密に区分し,それらの凝灰岩層の記載岩石学的性質を明らかにする.野外調査では凝灰岩層の岩相や分布を,鏡下観察では凝灰岩層の軽石斑晶鉱物の組み合わせを記載する.必要に応じて黒雲母などの化学組成も測定する.また,本研究による凝灰岩層序区分に基づいた地質図の作成も進める.本研究の成果は,神戸層群分布域で発生する地すべりに関する課題などを考察する上でも重要な役割を果たすことが期待される.

高山 成

潜在有効発汗量を使った東京オリンピックマラソン競技における熱中症リスクの評価

一般的に熱中症危険度の指標として湿球黒球温度(WBGT)が使用されています.WBGTは携帯型の機器ですぐに測定できる簡便さがある一方,経験的な指標(めやす)で物理的な根拠に乏しいという欠点がありました.今回学生たちの実験を基に考案されたPESは,ヒトの熱の出入りの数理的な計算(人体熱収支モデル)が基になっており,脱水による体重減少率という定量的な指標で熱中症リスクを評価できます.さらに評価方法も,①気象台のデータから計算 ②WBGT計のような装置で現場で測定 ③WBGT値から推定 と3パターンのバリエーションで使え,物理的な根拠の明確さと実用性を兼ね備えたものになっている点が新しい手法です.

松田 泰明

次世代エネルギー変換デバイス材料の創成と新規エネルギー変換反応の開拓

固体中をリチウムやプロトンを始めとするイオンが高速で拡散する物質(イオニクス材料)を開拓し、固体の利点や特徴を活かした新規反応の探索、次世代蓄電・発電デバイスの開発を行っています。

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