2014年02月13日08:44
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東京大學的研究人員開發出了帶水分傳感器功能的柔軟RFID標簽（無線標簽）系統。標簽配備了近30個有機晶體管及有機二極管等，利用電磁共振式無線供電技術、通過讀取裝置供電，因此標簽可以離開讀取裝置幾厘米遠。東京大學已在美國舊金山市舉行的半導體國際學會“International Solid-State Circuits Conference（ISSCC）2014”上發表了關於該技術詳情的論文。
開發該系統的是東京大學生產技術研究所的櫻井貴康與該大學研究生院工學系研究科教授染谷隆夫等人組成的研發小組。該系統由無線標簽和讀取器構成。讀取裝置在向無線標簽無線供電的同時，還會接收無線標簽的響應信號、讀取數據。無線頻率採用13.56MHz。
櫻井介紹說，“以前的無線標簽和傳感器都是配備在物體上使用，而今后佩戴在人體上的用途將增加。因此，標簽必須要具備柔性”，此次的無線標簽系統就是處於這樣的想法開發的。
此次開發的柔軟無線標簽。左下方的電路為整流電路和靜電保護電路。右下方的電路是用作水分傳感器的環形振蕩器。
整流電路、環形振蕩電路和靜電保護電路的詳情（攝影：東京大學）
上述電路首先在其他薄膜上制作，然后再貼到無線標簽上。
安裝在紙尿褲上的示例
無線標簽的尺寸為78mm×53mm，在12.5μm厚的聚?亞胺薄膜上用真空蒸鍍法形成了受電線圈和各種電路。電路共有三種，分別是（1）受電用整流電路、（2）最大2kV的靜電保護電路、（3）用作水分傳感器的環形振蕩電路。線圈和長布線使用銅，電極等使用金。薄膜上的布線和電路大約由3層構成，各層經由金通孔連接。
整流電路和靜電保護電路由肖特基有機二極管構成。有機二極管的半導體採用?菁類p型有機半導體材料。靜電保護電路是人體佩戴型標簽不可或缺的。櫻井表示，“身體周圍的靜電一般為1kV至1.5kV。最大支持2kV基本沒什麼問題”。
環形振蕩電路使用的有機晶體管採用?吩類p型有機半導體材料。載流子遷移率比較高，約為1cm2/Vs，環形振蕩器的振蕩頻率為3Hz∼10Hz。部分電路被薄膜狀暴露的電極中斷，如果有水分的話，電極間的電阻就會降低，會開始振蕩。不振蕩表示沒有水分，振蕩則表示有水分。
振蕩時，在讀取裝置發送來的13.56MHz電磁場上重疊振蕩頻率后再返回讀取裝置。無線標簽內不會生成13.56MHz的信號。“像是反射來自讀取裝置的電磁場一樣”（東京大學生產技術研究所助教更田裕司）。
無線供電採用電磁共振方式，把原來採用電磁感應方式時最大為5∼10mm的無線傳輸距離延長到了4cm以上。經確認，無線標簽在彎曲到曲率半徑約2mm時仍能正常工作。另外，在讀取裝置上配備了當標簽彎曲、受電線圈的電感發生變化時，檢測該變化並調整發送電壓的功能。染谷介紹說，“利用該功能把耗電量最大降低了92％”。
順便一提，目前已被實際用於物流現場等的無線標簽有距離讀寫裝置長達1m∼幾m的產品。更田介紹說，“這種情況下的電波頻率非常高，需要大幅提高有機晶體管的性能，此次很難實現”。
此次這款傳輸距離為幾cm的無線標簽設想的用途包括紙尿褲和創可貼等。用於紙尿褲時，讀取裝置安裝在紙尿褲外側，通過藍牙和無線LAN等向便攜終端發送狀態信息，這樣，不在嬰兒旁邊的人也能及時掌握紙尿褲的狀況。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）
