深海魚の出現 海に異変か

 

 

【深海魚の出現　海に異変か】

松江市美保関町の沖合にある定置網でこの冬、深海魚が相次いでかかっている。専門家は
日本海の低温が影響している可能性があるとみるが、詳しい理由は分かっていない。「見
つかると地震が起きる」との言い伝えもあり、漁師たちは海の異変を感じているようだと
毎日新聞報じている。見つかった深海魚は、ともに細長く鮮やかな銀色をした「サケガシ
ラ」と「リュウグウノツカイ」。いずれも水深２００メートル以上に生息しているとされ
るが、詳しい生態は不明。美保関町笠浦の「笠浦大敷網漁業」では例年、冬場に数匹上が
る程度という。だが今シーズン、週に１度はどちらかが確認されている。13日に、約１メ
ートルのサケガシラ３匹が、沖合約１キロ、水深約３０〜４０メートルに仕掛けられた定
置網に入っていたという。　県水産技術センタによると、日本海周辺は１９８０年代後半
から暖冬が続き、００年ごろからは夏の暑さも厳しくなった。しかし昨春から冷たい水の
層が海岸に近くなり、この冬の訪れも早かった。近年と比べ、水温がやや低い状況が続い
ているが、日本海は天候の影響を受けやすく、低水温が深海魚の捕獲に影響している可能
性があると話しているというが、地震が起きるとの言い伝えについては「科学的根拠がないの
で分からないという。全国的にも各地で深海魚が見つかっている。昨年７、８月には高知県の室戸
岬沖でサケガシラなど約８０匹が定置網で捕獲された。今年に入ってからも、深海に住む「ダイオ
ウイカ」が鳥取、富山などの日本海沿岸で相次いで発見されている。

 

● Fully Solution-Processed Flexible Organic Thin Film Transistor Arrays with High Mobility and
　   Exceptional Uniformity

【世界初！実用レベルのＮ型有機半導体開発】

エレクトロニクス研究センタのグループと、宇部興産株式会社の共同で、有機溶媒に溶け
る新しいN型有機半導体材料を開発。電子移動度が３cm²/Vsを超え、かつ空気中で安定と
いう高性能なN型有機トランジスタを印刷法で作製することに世界で初めて成功。この技
術は、現在主流であるシリコンなどの無機材料で製造するよりも、低価格で軽量、さらに
柔らかさを備えた集積回路（IC）を製造可能にする。空気中での安定性と、液晶ディスプ
レイなどに使われるアモルファスシリコンで一般的な０.５-１cm²/Vsを超える、３cm²/Vs
という高い電子移動度を兼ね備え、さらに印刷法が適用できるＮ型有機半導体は、これま
で開発の報告例がなかたといわれるが、有機溶媒に溶ける性質と、高い電気特性を併せ持
つ有機半導体を開発したことで、オール印刷プロセスでの安価でフレキシブルな有機集積
回路の実用化が大きく加速しそうだ。今回の成果は以下のような技術の研究開発をベース
にから構成されている。


●短チャネルトップコンタクト型有機ＴＦＴTへの電荷注入層導入

フレキシブルディスプレイの駆動回路やRFIDタグ（電波個体識別）の集積回路に応用する
場合、高いオン電流や高速動作のため、短チャネルな有機ＴＦＴが必要となる。通常、フ
ォトリソグラフィ法によりパターンされたボトムコンタクト型素子では、コンタクト抵抗
が非常に大きくなると言う問題点がある。この課題の解決に、有機半導体層の上に短チャ
ネルな電極をフォトリソグラフィ法で形成するプロセスを確立。この研究では、S/D（ソー
ス／ドレイン）電極として銅(Cu)を用いると同時に、電荷注入層としてMoOx（酸化モリブ
デン）を挿入した電極構造をフォトリソグラフィ法で作製することに成功し、有機ＴＦＴ
の性能向上を実現。有機半導体を先に成膜することで、ボトムコンタクト構造で問題とな
っていた、電極パターン時のチャネル領域の絶縁層へのダメージが低減され、結晶性の高
い半導体層を形成することができました。また、電荷注入層を導入することで、コンタク
ト抵抗に起因した特性低下を大幅な抑制に成功している。

 



●オール塗布法で作製した高移動度有機ＴＦＴのチャネル長依存性

移動度１cm²/Vs、高い歩留りを持つフレキシブルオール塗布プロセス有機トランジスタの
チャネル長依存性を測定。作製した有機TFT のチャネル長に対する移動度について、チャ
ネル長が小さくなるに従い移動度が向上するという、通常とは逆のチャネル長依存性を示
した。これは塗布形成された半導体層の結晶粒サイズが寄与していると考えられる。下図
に、作製したトランジスタのコンタクト抵抗を示す。V_GS＝­20 Vで1.83 kΩ・cmという値
が得られた。これは全塗布プロセスによるトランジスタとしては極めて低い値であり、良
好な電極/半導体界面を形成している。この低コンタクト抵抗と結晶粒サイズがチャネル
長依存性に関係していると推測されている。

●カルド樹脂をゲート絶縁膜に用いた高安定な有機ＴＦＴ

有機薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)のゲート絶縁膜として、高い絶縁性、耐熱・耐溶剤性を有
し、電荷トラップの要因となる界面欠陥や不純物が少なく、膜の表面平坦性に優れる高分
子絶縁材料が求められている。これら条件を満たす高分子絶縁材料としてカルド（蝶番）
構造を有する高分子樹脂（下図１）に注目。カルド構造は、多数の芳香環を含むことから高
い耐熱性、透明性などの様々な特長をもつことが知られている。カルド樹脂をゲート絶縁
膜に用いた短チャネル有機ＴＦＴを作製し、その電気特性や動作安定性を明らかにした。
カルド樹脂ゲート絶縁膜はウエットエッチング後も優れた表面平坦性(RMSし、高い絶縁性
(>4 MV/cm)を示した。また、有機ＴＦＴ の伝達特性（図２）から、キャリア移動度0.15
cm²/Vs、電流on/off 比10⁷以上が得られ、電流ヒステリシスのない良好なトランジスタ特
性が得られた。さらに、10,000秒のバイアスストレス(V_GS=-20 V)印加後における閾値電圧
シフトの変動はわずか0.8 Vと安定した特性であることを確認。これは、電荷トラップの少
ない良好な有機半導体／絶縁膜界面が形成されているためと推測されている。以上の結果
から、カルド樹脂が有機ＴＦＴTのゲート絶縁膜として有望であると結論づけられた。

 

●印刷銀電極を有する有機TFTの曲げに対する特性劣化の解析

フレキシブルデバイスの機械的な応力（例えば曲げなど）に対する特性変化を解析した報
告はいくつかあが、その要因は解明されていない。電極、有機半導体、ゲート絶縁膜、あ
るいはそれらの界面など、曲げによって影響を受ける部位はいくつか挙げられるが、特に
有機半導体材料（低分子、高分子）に注目した研究は多くないが、異なる有機半導体材料
を用いてそれぞれ有機ＴＦＴTを作製し、曲げを加えている時の電解効果移動度を算出する
ことで、曲げに対する特性変化の要因を解析。ＰＥＮフィルム上に有機ＴＦＴを作製し、
曲げ半径11～3.5mmで曲げ応力を印加。ソース・ドレイン電極は銀ナノ粒子インクをインク
ジェット法で成膜し、有機半導体にはペンタセン（低分子半導体）、PB16TTT（高分子半導
体）を用いました（下図１）。PB16TTTを有機半導体に用いた場合、ペンタセンに比べて曲
げを加えている時の特性変化を大きく抑制することが判明（下図２）。これはより成膜性
のよい高分子半導体を用いたことで電極と半導体界面のコンタクト抵抗を抑制できたと考
えている。

●液晶性高分子半導体薄膜の成膜温度と結晶性の関係

液晶性高分子半導体pBTTT-C16の薄膜は、従来室温で成膜した後アニール処理を施すことで
結晶性を向上させていましたが、この成膜法では、溶液プロセスであるために溶液の乾燥
に長時間を要することと、さらなる結晶性の向上が見込めなかった。今回、成膜温度を高
温にすることで、溶液の乾燥時間を短縮し、さらに結晶性の向上できた。溶媒にo-ジクロ
ロベンゼンを使用し従来法で成膜する場合、乾燥時間が60分程度必要であったのに対し、
成膜時の温度を150℃に上昇させることで、４秒という非常に短い時間で乾燥が終了させ
ることができました。また、従来と比較して、ポストアニール処理の必要がなく、成膜し
た時点で高い結晶性が得られていることが下図１からわかります。これは、成膜温度を高
温にすることで、溶液中の糸まり状であった高分子がよりほどけた状態で結晶化するめ結
晶性が向上したと考察しています。この成膜法で半導体を成膜したボトムコンタクト型ト
ランジスタは、最大で電界効果移動度μ＝0.35cm²/Vsという良好な特性が得られています
(下図２)。
 

●自己組織化単分子膜で塗布型銀電極修飾による塗布型有機トランジスタの高性能化

塗布型有機薄膜トランジスタの電極には多くの場合、銀ナノ粒子を用いた塗布型電極が使
われているが、自己組織化単分子(SAM)膜で修飾した報告例はほとんどない。今回浸漬法に
より塗布型銀電極表面にペンタフルオロベンゼンチオール(PFBT)のＳＡＭ膜（自己組織化
膜）の形成で、トランジスタ特性の向上を確認。この結果から、チオール基をもつ電極修
飾剤が塗布型銀電極にも応用可能と判明。下図１に浸漬時間による塗布型銀電極の仕事関
数と表面エネルギーの変化を示す。浸漬時間に比例して、仕事関数、表面エネルギーが変
化している。300 sで飽和し、仕事関数が4.70 eVから5.37 eVまで増加し、一方で表面エ
ネルギーは32.5 mN/mから29.5 mN/mへと減少。この変化はPFBTの末端基であるフッ素の影
響だと考えられ、ＳＡＭ膜を形成したときのトランジスタ特性を下図２に明示。比較とし
てＳＡＭ膜を形成していない特性も明示。この膜を形成することで特性が大幅に向上、ま
たこのデバイスのサイズ(L/W=4/986µm)では世界最高水準の移動度である1.21cm²/Vsを示し
た。



●塗布型微細銀電極を有する短チャネルＢＣ型有機ＴＦＴの作製と評価

塗布法での微細な電極パターン形成技術は、現実的かつ高性能な有機デバイスを作製する
上で非常に重要。今回、サブフェムトリットルインクジェット装置を用いることで微細な
銀電極を作製するとともに、塗布系の有機半導体と高分子絶縁材料を組み合わせたボトム
コンタクト型有機TFT（OTFT）の作製に成功。ガラス基板上にゲート電極として、Alを30
nmの厚みで真空蒸着により成膜し、ゲート絶縁膜として、架橋PVP (430 nm)をスピンコート
で成膜しました。次に、ソース・ドレイン電極としてサブフェムトリットルインクジェッ
ト法により銀ナノ粒子電極（ハリマ化成 NPS-J）を形成し、150℃で大気中（1時間）で焼
成を行う。最後に、窒素雰囲気下において有機半導体としてpBTTT-C16をドロップキャス
ト法により成膜し、150℃で30分アニールを行い、有機ＴＦＴを完成。その後、大気中で
測定を行った。作製したソース・ドレイン電極の線幅は僅か８ µm、チャネル長は７ µmと
高分子絶縁膜上に微細な銀電極を作製することに成功(下図１)。 このサイズは通常のイ
ンクジェット法では作製が困難。作製した有機ＴＦＴの出力特性は、VDS＝－20 Vで、ヒ
ステリシスが無く、線形な立ち上がりを示す良好な特性を示し、短いチャネル長において
も電極と有機半導体との間で良好なコンタクト実現していることが判明(下図２)。



以上、今回の技術開発成果を見てきたが、これはネオコンバーテック事業領域に含まれる
ものであり、夢のある仕事分野であることを強調しておきたい。

それにしても、スマホ発熱事故が気になるので、この問題については残件扱いにしてまた
考えてみる。