1Vで動作する高性能薄膜トランジスタを印刷のみで作製

「低温焼結塗布型シリカ」による多層印刷を確立

2021-05-27 物質・材料研究機構 (NIMS),株式会社C-INK,株式会社プリウェイズ

NIMSは、低温焼結塗布型シリカ (LCSS) を開発し、高性能な印刷薄膜トランジスタ (TFT) と、素子をつなぐ 3 次元印刷配線の形成を可能にしました。

概要

1. NIMSは、低温焼結塗布型シリカ (LCSS) を開発し、高性能な印刷薄膜トランジスタ (TFT) と、素子をつなぐ3次元印刷配線の形成を可能にしました。LCSSを絶縁層とし、すべての層を印刷で形成したTFT素子は、1V以下の動作電圧で移動度70 cm² V^-1 s^-1という世界最高レベルの特性を示しています。この成果は、印刷によるディスプレイや高感度センサといったアプリケーションの開発につながると期待されます。
2. 金属や半導体のインクを用いて印刷プロセスによって電子回路を形成する試みは、「プリンテッドエレクトロニクス」として広く開発されてきました。印刷電子回路の実用化には、印刷による高性能なTFT素子と、素子間をつなぐ3次元配線が不可欠ですが、TFT素子や回路を印刷のみで形成するのは難しく、また、印刷によって作製した素子は動作速度が遅く、動作電圧が高いという問題がありました。
3. 今回、研究チームは、プリンテッドエレクトロニクス向け層間絶縁材料として、塗布プロセスによる成膜が可能で、90 °Cで焼結できる低温焼結塗布型シリカ (LCSS) を開発し、印刷のみを用いて高性能なTFT素子と多層印刷配線を作製可能としました。多層印刷配線は、ビアホールを介した層間の良好な通電が可能です。全印刷TFTは、1V以下の動作電圧で移動度70cm² V^-1 s^-1という世界最高レベルの特性を示しています。
4. LCSSは熱に弱い材料にも形成できるため、フレキシブルな材料にも適用可能であることから、ウェアラブルデバイスへの応用が特に期待できます。プリンテッドエレクトロニクスの一層の普及に向けて、微細印刷技術と材料の社会実装を目指します。
5. 本研究は、NIMS機能性材料拠点プリンテッドエレクトロニクスグループの三成剛生グループリーダー、孫晴晴ポスドク研究員 (現鄭州大学准教授) 、分子機能化学グループの坂本謙二主席研究員、鄭州大学の刘旭影教授、中国科学院の趙建文教授、株式会社C-INKの金原正幸代表取締役社長、株式会社プリウェイズ (代表 : 川島勇人) らにより、物質・材料研究機構センサ・アクチュエータ研究開発プロジェクトの一環として行われました。また、科研費基盤研究 (B) 「サブミクロンスケール選択的金属化プロセスによる革新的3次元実装技術の開発」の支援を受けました。本研究成果は、2021年5月21日に独科学誌「Small Methods」にオンライン掲載されました。

プレスリリース中の図 : (a) LCSSをゲート絶縁層に用いた全印刷TFT。(b) 全印刷TFTの電気特性。

掲載論文

題目 : Layer-By-Layer Printing Strategy for High-Performance Flexible Electronic Devices with Low-Temperature Catalyzed Solution-Processed SiO₂
著者 : Qingqing Sun, Tianqi Gao, Xiaomeng Li, Wanli Li, Xiaoqian Li, Kenji Sakamoto, Yong Wang, Lingying Li, Masayuki Kanehara, Chuan Liu, Xinchang Pang, Xuying Liu, Jianwen Zhao, and Takeo Minari
雑誌 : Small Methods
掲載日時 : 2021年5月21日
DOI : https://doi.org/10.1002/smtd.202100263