PR

半導体◎無線タグから実用領域に

 半導体分野では,塗布型半導体材料の電子移動度の向上に伴い,デバイスを量産できる領域に入ってきた。このほか,ユニークな開発として,有機トランジスタの配線材料を伸縮可能な材料が開発された。

 有機半導体の実用的な電子移動度は1cm2/Vs程度である。高性能な半導体は実現できないが,それでも十分に機能を発揮できる分野が存在する。

 フィルム基板上に直接,有機半導体を形成する例では,ドイツPolyIC GmbH & Co. KGが2007年9月,印刷で製造した無線タグ(RFIDタグ)を発表した(図10)。同社では,世界で初めて製品化した印刷による無線タグとしている。13.56MHz帯の周波数を利用する無線タグを使った入退場チケット向けに実用化したもので,4ビットのメモリーを搭載している。

図10●ドイツPolyIC GmbH & Co. KGの無線タグ
印刷で製造する無線タグを2007年に製品化した。ロール・ツー・ロールによる製造プロセスも 開発している。同社のデータ。
[画像のクリックで拡大表示]

 PolyICでは,32ビット品,64ビット品の試作を既に終えたという。同社では,今回の無線タグのように,メモリーの記録容量が少なくても,用途を見極めれば有機半導体の応用デバイスを実用化できることを強調している注12)

注12)無線タグについて,有機エレクトロニクスの業界団体であるドイツOrganic Electronics Association(OE-A)では,2010年に4~8ビットROM搭載品が入退場認識チケット用で実用化が始まると予想している。PolyICが試作した16~32ビットROM搭載品は,2011年に工場のオートメーション向け,2014年には96ビットROM搭載品が物流向けで実用化することを見込んでいる。

 このほか,有機トランジスタ素子間の配線を伸縮可能にする材料を,東京大学 工学系研究科 量子相エレクトロニクス研究センター 准教授 染谷隆夫氏などの研究グループ注13)が,2008年8月に発表した(図11)。有機トランジスタを,ボールのような自由曲面に張り付けたり,しならせたりして使うことができるようになる技術である。今回,導電性の高さと,ゴムのような伸縮性を兼ね備えた材料を開発したことで実現した。

注13)染谷氏のほか,工学系研究科 化学生命工学専攻 教授の相田卓三氏,理化学研究所 基幹研究所の福島孝典氏,産業技術総合研究所 ナノチューブ応用研究センター長の畠賢治氏などである。

図11●東京大学などが開発した伸びる配線
38%まで伸ばしても導電率が変化しない。開発した材料の導電率は57S/cmと,市販の導電性ゴムの0.1S/cmに比べて導電性が約3ケタ高く,金属よりは4ケタ低い。 東京大学のデータ。
[画像のクリックで拡大表示]

 導電性と伸縮性を両立できた理由は,主に二つある。一つは,直径3nm,長さ2~4mmの長い単層カーボン・ナノ・チューブを使用することである。もう一つは,カーボン・ナノ・チューブが均一に分散する樹脂とイオン性溶液の組み合わせを見いだしたことである。

 長い単層カーボン・ナノ・チューブを使う利点は,樹脂が伸縮した状態でも,カーボン・ナノ・チューブ同士がスパゲッティのように絡み合っているために導電性を維持できる点にある。

 樹脂にカーボン・ナノ・チューブを混ぜて伸縮性と導電性を兼ね備えた材料を開発した例はこれまでにもあった。ただし,カーボン・ナノ・チューブが均一に分散せず,収束した状態で樹脂に含有する問題があった。収束した状態で樹脂に含有するため,導電性を高くすると硬くなり,伸縮性が低下してしまう。反対に,伸縮性を維持するにはカーボン・ナノ・チューブの含有率を低くする必要があるために,導電性が低くなるという問題があった。