可穿戴式傳感器：輕軟勝於鴻毛

【新聞鏈接】

智能手機火爆，深圳周邊出現觸摸面板業務熱潮

東京大學開發出比羽毛還要輕軟的薄膜傳感器

索尼推出內窺鏡手術用3D頭戴顯示器系統

【有機EL新天地】（四）新一代有機EL照明開發如火如荼

【有機EL新天地】（三）發光效率大幅提高，可彎曲面板實用化在即

輕軟勝於鴻毛，能夠貼在肌膚上的可穿戴式傳感器，由東京大學工學研究科教授染谷隆夫等人開發成功注。該傳感器為薄膜狀，單位面積重量隻有3g/m2，約為普通紙張的1/27左右。而且，厚度也隻有2μm。染谷等人於10年前的2003年，開發出了可在機器人的人工皮膚上使用的薄型傳感器薄膜，但其厚度為2mm。通過將厚度減至1/1000，傳感器變得柔軟可彎曲，還能貼在人體上使用。由於又輕又薄，可以減輕貼在皮膚上的不適感，因此染谷等人希望能將其用作可持續計測人體信息的醫療及健康用傳感器（圖1）。

圖1 從機器人的人工皮膚到人類的醫療及健康用傳感器，用途有望不斷擴大 通過實現薄膜傳感器的超輕化和超薄化，可以減輕貼在人體上所帶來的不適感。由此，用途有望擴大到醫療及健康用傳感器領域。

在薄膜基板上集成有機TFT

醫療及健康用途的傳感器及電子電路，迄今一直使用以硅（Si）為主的硬質電子材料制作。但對於直接接觸人體肌膚的部分等，使用輕柔材料以消除裝上異物感的部件備受期待。

因此，染谷等人確立了在厚度僅1.2μm的塑料薄膜基板上制作用來讀取傳感器信號的TFT陣列的技術，開發出了與該TFT陣列和壓力傳感器元件相結合的薄膜壓力傳感器。為了在耐熱性較低的薄膜基板上直接形成TFT陣列，TFT採用了有機半導體，並將制造工藝溫度控制在了100℃以下。有機半導體層及電極層是採用基於蒸鍍罩（Shadow Mask）的真空蒸鍍法形成的（圖2）。

圖2 在厚度僅為1.2μm的PEN薄膜基板上制作有機TFT 採用100℃以下的低溫工藝在PEN薄膜基板上制作了有機TFT（a∼c）。為了能以高成品率在表面凹凸不平的薄型大面積基板上制作TFT，採用陽極氧化法等形成了厚達19nm的無機絕緣膜。

直接使用表面粗糙的基板

3年前的2010年，染谷等人制作出了厚25μm的有機TFT陣列薄膜。此次將厚度減小到了1/10以下。為了實現薄型化，染谷等人直接在表面粗糙且凹凸不平的超薄薄膜基板上實現了以高成品率制作TFT。一般需要在薄膜基板表面涂布很厚的平坦化膜，來減輕凹凸的影響。但是，平坦化膜會導致整個薄膜傳感器變厚。

對去掉平坦化膜起到決定性作用的，是改進柵極絕緣膜的制造方法。柵極絕緣膜的厚度僅為數nm，所以最容易受到基板表面粗糙的影響。如果柵極絕緣膜的形成不充分，介電擊穿就會導致TFT無法工作。染谷等人此次通過採用可以形成較厚柵極絕緣膜的方法，減輕了基板表面凹凸不平的影響。具體而言，通過採用陽極氧化法，在柵極電極表面形成了厚達19nm的氧化膜。

另外，此次的柵極絕緣膜採用由該氧化膜（無機絕緣膜）和厚2nm的有機絕緣膜組成的雙層構造。通過在氧化膜表面形成有機絕緣膜，提高了在其上形成的有機半導體的配向性，從而確保了TFT的特性。