次世代技術向け電子部品のプリンティング技術(Printing electronic parts for next-generation technologies)

2026-03-09 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国アルゴンヌ国立研究所(Argonne National Laboratory)の研究チームは、次世代電子機器向けの電子部品を高精度に製造できる新しい3Dプリンティング技術を開発した。この手法では、導電材料や機能性材料を微細構造として直接印刷することで、従来の製造工程では困難だった複雑な電子回路やセンサー構造を作製できる。特に、電子部品を基板上に積層しながら形成できるため、材料利用効率を高めるとともに製造工程の簡略化が可能となる。研究チームは、次世代センサー、通信機器、エネルギーデバイスなどへの応用を想定しており、小型化や高機能化が求められる電子機器の設計自由度を大きく拡張するとしている。また、この印刷型製造プロセスは柔軟基板や特殊形状にも対応できるため、ウェアラブルデバイスや高度な電子システムの開発にも貢献すると期待されている。

次世代技術向け電子部品のプリンティング技術(Printing electronic parts for next-generation technologies)
Aerosol jet printer at Argonne used to deposit custom nanoparticle inks and build printed electronic parts for low-power transistor devices. (Image by Argonne National Laboratory.)

<関連情報>

多成分インクを用いた低電力酸化還元ゲートトランジスタの調整可能な3Dエアロゾルジェット印刷 Tunable 3D Aerosol Jet Printing of Low-Power Redox-Gated Transistors with Multicomponent Inks

Andrew J. Erwin, Shiyu Hu, Hua Zhou, Samuel D. Miller, Evan J. Musterman, Andrew M. Kiss, Yang Yang, Yuepeng Zhang, Wei Chen
Advanced Materials Technologies  Published: 24 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/admt.202500648

Abstract

Printed hybrid electronics (PHE) offer a promising alternative for microelectronics fabrication, addressing some limitations of traditional subtractive manufacturing. Despite the versatility of PHE, particularly in the customization of printing inks, these devices have not yet matched the performance of silicon-based electronics due to challenges in gating mechanisms and operational stability. However, the potential of low-voltage redox-gating to achieve significant carrier modulations in correlated metal oxides remains unexplored in PHE. This study systematically investigates vanadium dioxide (VO2) nanoparticles and redox inks, linking their organization in solution to their morphology, phase state, and properties in solid films and multilayered structures. Using an aerosol jet printer (AJP), a solid-state VO2 transistor is fabricated, operating at just 0.4 V gating voltage. The printed VO2 films demonstrate redox-modulated conductivity and consistent transistor behavior. The solid-state redox gating materials also provide long-term stability, with the device maintaining performance over 6000 cycles without degradation. These results highlight the potential of redox gating to enhance the application of functional nanoparticles in printed hybrid microelectronics, especially for flexible, low-voltage, and energy-efficient devices.

0403電子応用
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