感光性絶縁膜を用いた有機CMOS増幅回路の高性能化と超柔軟生体センサへの応用

利用光敏绝缘薄膜提高有机CMOS放大器电路的性能并将其应用于超柔性生物传感器

• 批准号: 22KJ2170
• 负责人: 田口 剛輝
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2170/
• 关键词: 有機薄膜トランジスタ; 有機エレクトロニクス; 有機半導体; フレキシブルエレクトロニクス; ウェアラブルセンサ; 生体センサ; 有機デバイス

本研究は、フレキシブル有機薄膜トランジスタにおける感光性絶縁膜のUVパターンを利用して任意箇所のトランジスタの閾値電圧を制御することで、世界最低消費電力性能のポリマー絶縁膜を有するフレキシブル有機相補型増幅回路を実現し、ウェアラブル生体センサへ実装した。ウェアラブル生体センサは日常的に人の健康状態の理解を深めるために、様々な生体信号を装着感なく長時間モニタリングできる技術として注目が集まっている。信号の長時間モニタリングのためにはセンサの消費電力を最小限にすることが重要である。生体信号は種類によって周波数帯が異なるため、最小の消費電力で信号を処理するためには有機薄膜トランジスタの特性を同一基板内で調整する必要がある。しかし、これまで報告されてきた同一基板内での有機薄膜トランジスタの特性の調整技術は作製プロセス数が数から十数工程と複雑になり、特性の調整技術を用いた生体センサへの実装は実現されていない。本研究では、感光性絶縁膜のUVパターンを利用することで任意箇所のp型n型の有機薄膜トランジスタの閾値電圧（オン電圧）を同一基板内で制御した。この技術を用いることで、単プロセスである光照射により最小消費電力4 pW、動作周波数100 Hz程度の性能を有する総膜厚2.5 μm以下の相補型のフレキシブル信号処理回路を実現した。また開発したフレキシブル信号処理回路を用いて生体信号において比較的高い周波数帯を有する筋電波形の測定が可能であることを実証した。これらの内容を、権威ある国際学術誌ACS Applied Electronic Materialsに投稿し、掲載された。またUVパターン精度をより高い空間分解能を持つフォトサーマル顕微鏡で評価した結果、パターン精度は約2 μmであることが示され、本技術が集積回路の作製に有用であることを示した。

本研究旨在通过利用柔性有机薄膜晶体管中光敏绝缘膜的UV图案控制任意位置晶体管的阈值电压，创建具有世界最低功耗性能的具有聚合物绝缘膜的柔性有机互补放大器电路我们意识到了这一点并将其应用到可穿戴生物传感器中。可穿戴生物传感器作为一种能够长时间监测各种生物信号而无需感觉被佩戴的技术而备受关注，以便更好地了解人们的日常健康状况。对于长期信号监测，最大限度地降低传感器的功耗非常重要。由于生物信号的频带根据类型而不同，因此有必要调整同一基板内的有机薄膜晶体管的特性，以便以最小的功耗处理信号。然而，迄今为止报道的在同一基板内调整有机薄膜晶体管的特性的技术需要复杂的制造工艺，从几个到十多个步骤不等，并且利用该特性调整技术在生物传感器中的实现尚未实现。尚未实现。在这项研究中，我们利用光敏绝缘膜的UV图案控制同一基板内任意位置的p型和n型有机薄膜晶体管的阈值电压（导通电压）。利用该技术，我们通过单次光照射过程实现了总膜厚小于2.5μm的互补柔性信号处理电路，其最低功耗为4pW，工作频率约为100Hz。我们还证明，使用开发的灵活信号处理电路可以测量生物信号中相对较高频带的肌电波形。这些内容已提交至国际著名学术期刊《ACS Applied Electronic Materials》并发表。此外，使用具有更高空间分辨率的光热显微镜评估UV图案精度，图案精度约为2μm，表明该技术可用于集成电路的制造。

项目成果

単一基板内フレキシブル有機相補型回路の性能変調:光 化学反応を利用した有機薄膜トランジスタの開発

单一基板中柔性有机互补电路的性能调制：利用光化学反应开发有机薄膜晶体管

• 发表时间: 2022
• 作者: 田口剛輝; 植村隆文; Andreas Petritz; 難波直子; 秋山実邦子; 杉山真弘; 荒木徹平; Barbara Stadlober; 関谷毅
• 通讯作者: 関谷毅

JOANNEUM RESEARCH(オーストリア)

JOANNEUM RESEARCH（奥地利）

フレキシブル有機回路のセンサー実装に向けて

实现柔性有机电路的传感器

• 发表时间: 2022
• 作者: 田口剛輝; 植村隆文; Andreas Petritz; 難波直子; 秋山実邦子; 杉山真弘; 荒木徹平; BarbaraStadlober; 関谷毅
• 通讯作者: 関谷毅

Photopatternable Control of Threshold Voltage in Organic Transistors for Complementary Ultraflexible Circuits

互补超柔性电路有机晶体管阈值电压的光图案化控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Koki Taguchi; Takafumi Uemura; Andreas Petritz; Naoko Namba; Teppei Araki; Masahiro Sugiyama; Barbara Stadlober;Tsuyoshi Sekitani
• 通讯作者: Tsuyoshi Sekitani

Ultraflexible and Bio Conformable Organic Circuits for Healthcare Applications

适用于医疗保健应用的超柔性和生物相容性有机电路

• 发表时间: 2022
• 作者: Takafumi Uemura; Naoko Namba; Masahiro Sugiyama; Koki Taguchi; Mihoko Akiyama; Teppei Araki;Tsuyoshi Sekitani
• 通讯作者: Tsuyoshi Sekitani