可穿戴式传感器：轻软胜于鸿毛

【新闻链接】

智能手机火爆，深圳周边出现触摸面板业务热潮

东京大学开发出比羽毛还要轻软的薄膜传感器

索尼推出内窥镜手术用3D头戴显示器系统

【有机EL新天地】（四）新一代有机EL照明开发如火如荼

【有机EL新天地】（三）发光效率大幅提高，可弯曲面板实用化在即

轻软胜于鸿毛，能够贴在肌肤上的可穿戴式传感器，由东京大学工学研究科教授染谷隆夫等人开发成功注。该传感器为薄膜状，单位面积重量只有3g/m2，约为普通纸张的1/27左右。而且，厚度也只有2μm。染谷等人于10年前的2003年，开发出了可在机器人的人工皮肤上使用的薄型传感器薄膜，但其厚度为2mm。通过将厚度减至1/1000，传感器变得柔软可弯曲，还能贴在人体上使用。由于又轻又薄，可以减轻贴在皮肤上的不适感，因此染谷等人希望能将其用作可持续计测人体信息的医疗及健康用传感器（图1）。

图1 从机器人的人工皮肤到人类的医疗及健康用传感器，用途有望不断扩大 通过实现薄膜传感器的超轻化和超薄化，可以减轻贴在人体上所带来的不适感。由此，用途有望扩大到医疗及健康用传感器领域。

在薄膜基板上集成有机TFT

医疗及健康用途的传感器及电子电路，迄今一直使用以硅（Si）为主的硬质电子材料制作。但对于直接接触人体肌肤的部分等，使用轻柔材料以消除装上异物感的部件备受期待。

因此，染谷等人确立了在厚度仅1.2μm的塑料薄膜基板上制作用来读取传感器信号的TFT阵列的技术，开发出了与该TFT阵列和压力传感器元件相结合的薄膜压力传感器。为了在耐热性较低的薄膜基板上直接形成TFT阵列，TFT采用了有机半导体，并将制造工艺温度控制在了100℃以下。有机半导体层及电极层是采用基于蒸镀罩（Shadow Mask）的真空蒸镀法形成的（图2）。

图2 在厚度仅为1.2μm的PEN薄膜基板上制作有机TFT 采用100℃以下的低温工艺在PEN薄膜基板上制作了有机TFT（a～c）。为了能以高成品率在表面凹凸不平的薄型大面积基板上制作TFT，采用阳极氧化法等形成了厚达19nm的无机绝缘膜。

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的有机TFT阵列薄膜。此次将厚度减小到了1/10以下。为了实现薄型化，染谷等人直接在表面粗糙且凹凸不平的超薄薄膜基板上实现了以高成品率制作TFT。一般需要在薄膜基板表面涂布很厚的平坦化膜，来减轻凹凸的影响。但是，平坦化膜会导致整个薄膜传感器变厚。

对去掉平坦化膜起到决定性作用的，是改进栅极绝缘膜的制造方法。栅极绝缘膜的厚度仅为数nm，所以最容易受到基板表面粗糙的影响。如果栅极绝缘膜的形成不充分，介电击穿就会导致TFT无法工作。染谷等人此次通过采用可以形成较厚栅极绝缘膜的方法，减轻了基板表面凹凸不平的影响。具体而言，通过采用阳极氧化法，在栅极电极表面形成了厚达19nm的氧化膜。

另外，此次的栅极绝缘膜采用由该氧化膜（无机绝缘膜）和厚2nm的有机绝缘膜组成的双层构造。通过在氧化膜表面形成有机绝缘膜，提高了在其上形成的有机半导体的配向性，从而确保了TFT的特性。