成果報告書詳細
管理番号20160000000429
タイトル平成27年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム/省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討/革新的高性能有機半導体回路によるUHF帯センサネットワークの技術調査
公開日2016/8/5
報告書年度2015 - 2015
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約様々なモノをネットワークにつながり、そこからの大量のデータを活用することで、従来にないサービスが提供されるユビキタスネットワークが、近未来社会のインフラとして期待されている。特に「モノがネットワークにつながる」ことにより、「状態把握→制御→価値」という情報の自律的な循環が可能になり、ここで産み出される価値は人々の生活上の安全,安心,豊かさ,効率など多岐にわたり、特に物流や居住空間における空調など、省エネ効果が期待できる新技術となる。
 モノをネットワークにつなげるためには、対象物の状態を把握するためのセンシングデバイスが不可欠だが、“様々なモノ”に実装するためには低コストで多様な仕様に対応できる技術プラットホームが必要になる。加えて、実装の自由度を高めるためにはデバイスに柔軟性が求められる。本調査研究では、印刷可能な有機トランジスタ技術を高度化し、センサ,表示デバイスやこれらの制御回路をフレキシブル基板上に集積し、UHF帯を用いた中距離通信技術プラットフォームのもたらすインパクトと省エネ効果について明らかにする。
 東京大学では、独自に開発した印刷できる高速有機半導体電子回路(printed LSI)の技術をさらに発展させ、最近実現した極薄2分子層の有機半導体トランジスタでは、移動度10 cm2/Vs以上の高移動度と短チャネル長を同時に実現し、その高速応答性能により、UHF帯での整流への見通しが得られている。このことは、印刷できる低コストの有機半導体回路によって、10 mの空間伝送をも可能にする電子タグが実現可能になったことを意味する。本調査研究は、新たに得られたシーズをより広範な低コストのフィルム状センシングタグに市場展開する上で、ターゲットとするべき市場と導入時期を明らかにする事業化戦略を構築し、省エネ政策へのインパクトを算定することを目的とした。
 まず、東京大学の保有する高移動度有機半導体薄膜を用いたデバイスの超薄膜化と短チャネル化による高速化が可能であることを、実験的に明らかにした。具体的に、超薄膜化によって、キャリア注入のための抵抗を極小化し、チャネル長2um以下のデバイスを製作するプロセスに見通しをつけ、UHF帯における電波整流素子として、十分な性能が得られる見通しを得た。最新の文献調査や聞き込みの実施によって、酸化物半導体では、印刷プロセスが困難である欠点を有し、カーボンナノチューブでは再現性と安定性に欠けるため、高移動度の有機半導体を用いる十分なメリットがあることもわかった。さらに、市場調査と企業の開発モティベーション調査によって、温度などの環境の多点計測の経済効果を定量的に把握し、次世代のUHF帯を用いた環境管理事業を実施するための研究開発体制について明らかにした。
英文要約A society of “internet of things” is intensively anticipated for near-future efficient human activities. With “things” connected via internet to supply vast amount of data which are produced by sensors, the ubiquitous networks gain maximum performance to supply us with unprecedented services as a new value. Such an infrastructure is most expected to provide an autonomous processes of sensing, controlling, and servicing continuously. The values are all essential in human society itself involving safety, relief, prosperity, and efficiency. In particular, such applications as efficient product transfer and air conditioning are powerful means to save energy without sacrificing quality of life.
Sensing devices are expected to monitor status of objects to watch. In the IoT society, the most needed are low-cost sensor devices that can sense, convert digital data, processing the data, and send to reading units. Moreover, flexible and thin-film devices are desired to maintain the shape of the objects. The present investigation is to elucidate the impact of newly developed printed LSIs on films implemented with sensors and communication units, particularly for UHF-band communication to send the data in 10-m range distance.
The group in the university of Tokyo is continuously updating their technologies of the printed LSIs based on their own organic semiconductor materials and processes. They found that newly developed ultra-thin organic semiconductor layers of two molecules are so powerful in accelerating the speed of their transistors circuits. The simple estimation indicates that the two-monolayer devices with the mobility of 10 cm2/Vs together with extremely low parasitic contact resistances enables UHF-band rectification. Therefore, it is now technically plausible that printed sensor units can send in the distance of 10 m. The present investigation figured out possible size of targeted markets, strategic business modeling, and the energy-saving impact.
The group in the university of Tokyo quantitatively estimated the possible speed of the ultra-thin hign-mobility organic single-crystal devices. With the contact resistance measured very precisely as only 49.5 -cm, we are now confident that the UHF-band communication is within the range of realization. Furthermore, our investigation of very recent hearing suggested that high-mobility organics are closest to this goal because other candidates as oxides and CNT have still problems in printability and reproducibility. The result of market investigation demonstrated the significant demands are in multiple-point temperature sensing for living comfortability and efficiency in factory automation. Finally, we propose the possible team for developing the next-generation UHF-sensing devices for IoT.
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