用光来控制电路！ 实现柔性有机电子电路的电气特性控制
用光来控制电路！ 实现柔性有机电子电路的电气特性控制
【研究成果的要点】 ◆利用光引起的分子结构变化成功控制了有机电子电路的电气特性。 ◆有机电子电路的电气特性控制需要复杂的结构材料选择，但在本技术中，只需对同一结构材料进行部分光照射就可以控制电气特性。 ◆由于柔性电子线路的进一步高性能化，有望应用于超轻的可穿戴式保健设备等。
概要 大阪大学产业科学研究所的植村隆文特任副教授(全职) ( JST开创性研究支援事业创始者、产业技术综合研究所特定研究员兼任)、研究生田口刚辉(工学研究科博士后期课程、产业技术综合研究所研究助理)、关谷毅教授等的研究小组， 与奥地利的Joanneum研究所AndreasPetritz博士、BarbaraStadlober主任的研究小组一起，成功开发了利用光照射的柔性有机晶体管※1集成电路特性的控制技术(图1 )。
图1基于光照射的有机晶体管电路特性的精密控制器件照片和工艺示意图
迄今为止，为了实现由多个有机晶体管构成的集成电路的制作及其电气特性控制，需要使用赋予控制用电极的结构、将多个界面修饰材料分别成膜等复杂的结构或多种有机材料。这次，研究小组使用有机晶体管光控制因光照射而分子结构发生变化的高分子材料的电路！ 实现柔性有机电子电路的电气特性控制。图1作为光照射下有机晶体管电路特性的精密控制元件照片和工艺示意图的绝缘层，成功地自由地改变了集成电路的特性。
概要
该技术是在由单一器件层叠结构和相同有机材料的组合构成的有机晶体管中，通过进行光照射使晶体管的电气特性自由变化的技术。 在由多个有机晶体管构成的集成电路的制作工序中，可以只通过光照射控制目标晶体管，因此与以往方法相比，可以通过飞跃性的简单工序和较少的材料来控制电子电路特性。 根据此次的研究成果，以无意识的可穿戴式生物测量为例，作为感知实际空间中所有对象物的技术，正在推进开发的柔性电子电路的更高性能化备受期待。 本研究成果将于9月21日(星期二) (日本时间)在德国国际学术杂志《高级材料》上刊登。
研究背景 柔性电子元件作为实现无意识可穿戴生物测量的元件技术，以构建通过远程医疗、数字保健实现的持续社会为目标进行了研究开发。
研究小组推进了将利用本质上具有高机械柔软性的有机电子材料的柔性有机晶体管电路应用于器件的研究。 但是，实现生物信号测量的传感器元件由开关电路、信号处理电路等多个电子电路构成，因此，为了获得目标器件特性，要求开发个别晶体管的电气特性控制技术。
研究的内容 这次，研究小组将因照射紫外光而分子结构发生变化的高分子材料※2用作有机晶体管的绝缘层，由此构建了自由控制集成电路电气特性的技术。 在该技术中，通过调整光的照射量，可以在-1.5 V到+0.2 V的范围内任意控制有机晶体管的阈值电压※3 (图2左)。 另外，由于是使用光的技术，在特性控制方面的二维空间分辨率也很出色，在此次研究中确认，可以以约18 µm的精度引起分子结构变化(图2右)。
图2 (左)表示照射光量( Dose )与阈值电压( Vth )的关系(右)分子结构变化的二维空间分布的显微FTIR成像测量结果(模拟大阪大学Logo标记对光进行了部分照射，确认了~18µm的空间分辨率)
今后，通过光照射方法的改进可以期待空间分辨率的改善，是也可以应用于集成度更高的小型电路制造的技术。通过活用这些特征，在使用相同结构、相同材料的有机晶体管的集成电路中，可以仅自由改变任意光照射区域的晶体管特性。 在这次的研究中，作为实证例子，试制了使用有机晶体管的逆变器电路※4、环形振荡电路※5 (图1左上)，表示可以通过光照射自由调整电路特性。
本研究成果对社会的影响(本研究成果的意义) 本研究成果表明，通过光照射的简单工序和比以往技术少的材料使用，可以自由控制柔性有机电子电路的特性。 由此，实现了柔性电子线路的进一步高性能化，以未来远程医疗·数字保健中的重要技术——无意识下的可穿戴生物测量为例，有望作为感知实际空间中所有对象的技术得到活用。
特殊事项 本研究成果将于2021年9月21日(周二) (日本时间)刊登在德国的国际学术杂志《高级材料》上。 标题:“超柔性有机集成电路的充电电路模型” 作者名称: Koki Taguchi，Takafumi Uemura，Naoko Namba，Andreas Petritz，Teppei Araki，Masahiro Sugiyama，Barbara Stadlober，和Tsuyoshi Seki Tani doi:https:/ /在线库. Wiley.com/doi/10.1002/adma.202104446 另外，本研究是作为科学技术振兴机构( JST )创造性研究支援事业、产总研坂大学尖端光子学生物传感开放创新实验室的研究的一环，由日本学术振兴会( JSPS )科研费、jst center of innovation provity 在纳米技术平台事业、连接人与环境和物质的创新创造动态联盟的支持下进行。
用语说明 ※1柔性有机晶体管 可以利用有机电子材料的机械柔软性进行弯曲等的晶体管。 ※2因照射紫外光而分子结构发生变化的高分子材料 本研究是由Joanneum研究所开发的PNDPE；使用了poly((±)endo,exobicyclo[2.2.1]hept-ene-2,3-dicarboxylic acid, diphenylester)
※3有机晶体管的阈值电压
是晶体管导通、截止切换时的栅极施加电压，由晶体管决定电路设计中重要的设计参数。
※4逆变器电路 在电子电路中，用作使输入电压的逻辑电平反转后输出的非电路。 在模拟电子电路中，也用于信号放大电路的一部分。 ※5环形振荡器电路 将奇数个NOT电路连接在环上的电路。 在电子电路中，也用作决定动作的基准时间的时钟信号的发生电路。
参考网址 https://www.sanken.osaka-u.AC.jp/labs/aed / 发表者的评论(植村特任副教授(专职)的评论)
研究小组利用具有超轻超薄膜特征的柔性有机电子电路技术，开发了心电图、脉搏波、脑电波等可穿戴生物测量技术。 本研究成果涉及柔性有机电子电路制造中的基础性研究开发，通过将该成果与社会实施联系起来，实现更方便的生物测量设备，以构建未来远程医疗·数字保健实现的持续性社会为目标。
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参考网址 https://www.sanken.osaka-u.AC.jp/labs/aed / 发表者的评论(植村特任副教授(专职)的评论) 研究小组充分利用了具有超轻超薄膜特征的柔性有机电子电路技术 利用它，开发了心电图、脉搏波、脑电波等可穿戴生物测量技术。 本研究成果 涉及柔性有机电子电路制造中的基础性研究开发，该 通过将成果与社会安装相结合，实现更方便的生物测量设备，实现未来的远程医疗 我们的目标是建立一个实现数字保健的可持续社会。 有关新闻稿内容的咨询方式 <有关研究的事情> 大阪大学产业科学研究所特聘副教授(专职)植村隆文(植村隆文) 06-6879-8401 电子邮件:欧洲-亚洲航空公司 <关于JST事业的事情> 科学技术振兴机构战略研究推进部创造性研究支援事业推进室浅野佳那 03-5214-7276传真: 03 ( 6268 ) 9413 电子邮件:社会查询 <新闻发布相关事宜> 大阪大学产业科学研究所宣传室 06-6879-8524 电子邮件: kou Hou-staff sanken.osaka-u.AC.JP 科学技术振兴机构宣传科 03-5214-8404传真: 03-5214-8432 电子邮件:日本航空
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