Development of a harmless flexible diode to humans using by oxide semiconductors and application of rectenna circuits

氧化物半导体对人体无害的柔性二极管的开发及整流天线电路的应用

• 批准号: 21K04203
• 负责人: 前元 利彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04203/
• 关键词: フレキシブルデバイス; フレキシブルダイオード; 酸化物半導体; ワイドバンドギャップ; 酸化亜鉛; エナジーハーベスティング; レクテナ; 整流特性; ワイドバンドギャップ酸化物半導体

本研究は人体に安全な透明ワイドバンドギャップ酸化物半導体である酸化亜鉛（ZnO）に注目して、エナジーハーベスティングデバイスを実現するための薄膜成長技術ならびに加工技術の確立、フレキシブルダイオードを用いた整流回路の実現、RF-DC変換効率の評価と特性改善を行うことで、基礎科学分野の開拓と工学的応用を目指すものである。将来的には、電磁波を直流電流に整流変換するレクテナデバイスへ利用することで、無線LANのような微弱電波や微小マイクロ波エネルギーを高効率で電波から直流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す。2022年度は酸化物薄膜となるZnOおよびAl添加ZnOの極薄プラスチック基板への形成とともに成膜条件の最適化を進め、特性の向上を図った。特に構造最適化およびオーミック電極形成のプロセス検討に注力し、コンタクト抵抗やシート抵抗などの電気特性を改善できることが分かった。レクテナデバイス開発に向け、酸化物積層構造の有用性についても新しい知見が得られており、2023年度にも引き続き実験を進めていく。また、アモルファス性の高いZnO薄膜を直接フレキシブル基板に形成することに成功し、ZnOが有機/無機ハイブリッドレクテナへ展開できることを明らかにした。酸化インジウムについても研究を進めており、150℃以下での形成が可能となっており、今後フレキシブルダイオードへ展開していく。

这项研究重点关注对人体安全的透明宽带隙氧化物半导体氧化锌（ZnO），并建立薄膜生长和加工技术来实现能量收集装置，以及使用柔性二极管实现整流电路。 ，评估RF-DC转换效率并改进特性，我们的目标是发展基础科学领域并将其应用于工程。未来，通过使用将电磁波整流并转换为直流电的整流天线装置，我们将创建一种能量收集电路，可以不断地将微弱的无线电波和微波能量（例如无线局域网）从无线电波高效地转换为直流电。我们的目标是应用这一点。 2022财年，我们致力于在超薄塑料基板上形成ZnO和添加Al的ZnO氧化物薄膜，并优化成膜条件并提高性能。特别是，我们专注于结构优化和研究欧姆电极的形成过程，发现接触电阻和薄层电阻等电性能可以得到改善。关于氧化物层状结构对于开发整流天线器件的有用性已经获得了新的知识，并且实验将在 2023 年继续进行。我们还成功地直接在柔性基板上形成高度非晶态的ZnO薄膜，并证明ZnO可以开发成有机/无机混合整流天线。我们还在研究氧化铟，它可以在低于150°C的温度下形成，未来将用于柔性二极管。

项目成果

Low-Temperature Formation of Indium Oxide Thin-Film using Excimer Light by Solution Process and Characterization of Thin-Film Transistor Characteristics

利用准分子光溶液法低温形成氧化铟薄膜并表征薄膜晶体管特性

• DOI: 10.1380/vss.65.139
• 发表时间: 2022
• 期刊: Vacuum and Surface Science
• 作者: OURA Kazuyori;WADA Hideo;KOYAMA Masatoshi;MAEMOTO Toshihiko;SASA Shigehiko;TAKEZOE Noritaka;SHIMIZU Akihiro;ITO Hiroyasu
• 通讯作者: ITO Hiroyasu

COP基板上に形成した酸化亜鉛系薄膜の繰り返し曲げ耐久性評価

COP基板上形成的氧化锌薄膜的反复弯曲耐久性评价

• 发表时间: 2021
• 作者: 大浦 紀頼;和田 英男;小山 政俊;前元 利彦;佐々 誠彦
• 通讯作者: 佐々 誠彦

Durability Evaluation of Multilayer Oxide Thin-Films Formed on Cyclo-Olefin Polymer Substrate by Repeated Bending Tests

通过反复弯曲试验评价环烯烃聚合物基底上形成的多层氧化物薄膜的耐久性

• 发表时间: 2022
• 作者: Kazuyori Oura;Hideo Wada;Masatoshi Koyama;Yoshiyuki Harada;Toshihiko Maemoto;Shigehiko Sasa
• 通讯作者: Shigehiko Sasa

Improved electrical performance of solution-processed zinc oxide-based thin-film transistors with bilayer structures

• DOI: 10.1080/15980316.2021.2011443
• 发表时间: 2021-12
• 期刊: Journal of Information Display
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kazuyori Oura;H. Wada;Masatoshi Koyama;T. Maemoto;S. Sasa

Repeated bending durability evaluation of ZnO and Al-doped ZnO thin films grown on cyclo-olefin polymer for flexible oxide device applications

用于柔性氧化物器件应用的环烯烃聚合物上生长的 ZnO 和 Al 掺杂 ZnO 薄膜的重复弯曲耐久性评估

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac9024
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Kazuyori Oura;Toshihiro Kumatani;Hideo Wada;Masatoshi Koyama;Toshihiko Maemoto;Shigehiko Sasa
• 通讯作者: Shigehiko Sasa