【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22OS1002

利用課題名 / Title

フレキシブルエレクトロニクス実現に資する薄膜デバイス開発

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

走査プローブ顕微鏡/Scanning probe microscopy,コンポジット材料/ Composite material,異種材料接着・接合技術/ Dissimilar material adhesion/bonding technology

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

植村　 隆文

所属名 / Affiliation

大阪大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

野田祐樹,高根慧至,関谷毅

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-125：走査型プローブ顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

フレキシブルエレクトロニクスデバイス性能の向上のためには、薄いフィルム基材の作製条件の最適化、トランジスタの絶縁膜表面形状の最適化が必要となる。そのため、ARIMの支援を受けて、走査型プローブ顕微鏡をはじめとした評価装置、またはファブリケーション装置を用いて、高性能フィルムデバイスの作製・評価を行う。

実験 / Experimental

本研究では、有機薄膜トランジスタの新たな電極材料として金ナノワイヤ（直径数十nm、長さ数十µmの一次元状金材料）に着目し、これを平面ネットワーク状に堆積することで作製した「金ナノワイヤネットワーク電極」を用いてトランジスタを作製した。作製したトランジスタにおいて、金ナノワイヤネットワーク電極と有機半導体界面のキャリア注入機構を調査するため、走査型プローブ顕微鏡（日立ハイテクサイエンス、AFM5000/AFM5300E）を用いて金ナノワイヤネットワーク電極の表面形状を計測した。また比較として、従来の有機薄膜トランジスタ電極である蒸着金薄膜電極の表面形状も計測した。

結果と考察 / Results and Discussion

走査型プローブ顕微鏡を用いて金ナノワイヤネットワーク電極、及び蒸着金薄膜電極の表面形状を計測したところそれぞれ図１と図２に示す結果が得られた。この結果を解析したところ、金ナノワイヤネットワーク電極の表面荒さはＲｒｍｓ＝７９．８　ｎｍ、蒸着金薄膜電極の表面荒さはＲｒｍｓ＝２３．８　ｎｍとなり、従蒸着金薄膜電極に比べて金ナノワイヤネットワーク電極の表面荒さが大きいことが明らかとなった。これは金ナノワイヤネットワーク電極表面にある一本一本の金ナノワイヤの形状によって凹凸を生じるためであると考えられる。この凹凸の大きい電極形状によって、従来の従蒸着金薄膜電極に比べて金ナノワイヤネットワーク電極の表面積は増大し、効率的なキャリア注入が可能になると推測される。実際に金ナノワイヤネットワーク電極、及び蒸着金薄膜電極を用いた有機薄膜トランジスタを作製し、それぞれの電極－有機半導体界面の接触抵抗を測定したところ、金ナノワイヤネットワーク電極の接触抵抗は蒸着金薄膜電極の接触抵抗の１０分の１に抑制され、効率的なキャリア注入機構が確認された（図３）。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1　金ナノワイヤネットワーク電極の表面形状（スケールバー2.5 µm）

図2　蒸着金薄膜電極の表面形状（スケールバー2.5 µm）

図3　金ナノワイヤネットワーク電極、及び蒸着金薄膜電極を用いた有機薄膜トランジスタにおける接触抵抗

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究の遂行にあたり、ご協力頂いた大阪大学・ARIMメンバーの皆様に感謝いたします。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Satoshi Takane, Gold nanowire electrodes for flexible organic thin-film transistors, Applied Physics Express, 15, 096501(2022).
   DOI: https://doi.org/10.35848/1882-0786/ac896a
   
2. Teppei Araki, Skin‐Like Transparent Sensor Sheet for Remote Healthcare Using Electroencephalography and Photoplethysmography, Advanced Materials Technologies, 7, (2022).
   DOI: https://doi.org/10.1002/admt.202200362
   
3. Rei Kawabata, Stretchable printed circuit board integrated with Ag-nanowire-based electrodes and organic transistors toward imperceptible electrophysiological sensing, Flexible and Printed Electronics, 7, 044002(2022).
   DOI: https://doi.org/10.1088/2058-8585/ac968c
   
4. Koki Taguchi, Fine-Tuning the Performance of Ultraflexible Organic Complementary Circuits on a Single Substrate via a Nanoscale Interfacial Photochemical Reaction, ACS Applied Electronic Materials, 4, 6308-6321(2022).
   DOI: https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c01444
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 高根慧至, 野田祐樹, 豊嶋尚美, 植村隆文, 坂東勇希, 関谷毅, "金ナノワイヤ電極を用いた柔軟有機薄膜トランジスタの開発," 第70回応用物理学会春季学術講演会（上智大学四谷キャンパス）令和５年３月１５-１８日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件