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薄膜トランジスタの

新規応用技術

龍谷大学 理工学部 電子情報学科

教授 木村 睦

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内容

薄膜トランジスタの新規応用技術

人工網膜 特願2006-262746 特願2008-128621

拡大読書器 特願2008-107489

照射光履歴センサ 特願2011-200040

印加電圧履歴センサ 特願2011-200040

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研究背景

薄膜トランジスタとは

• フラットパネルディスプレイのキーデバイス

• 大面積に低コストで基板材料を選ばず作製可能

• 通常のいかなる電子回路も実現することが可能な電子デバイス

• センサ用途に適

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Human retina

On-retina

In-retina

Over-retina

Implant method

Artificial retina

Artificial retina

Artificial retina

Light

Bipolar cell

Photoreceptor cell Ganglion

cell Sclera

Pigment epithelium Horizontal cell

Amacrine cell

Photoreceptor cell

Retina

J. Ohta, NTS, Chogokansensanokaihatsusaizanesen, 46 (2005)

Brain

Neuron

人工網膜 • Recovery of light

for the blind T. Yagi, Oyo Buturi 73 (2004) 1095

• New applications

of information electronics Y. Nakagawa, ICONIP 2000, 636

• Until now,

bulk Si MOSFETs http://mswebs.aist-nara.ac.jp/LABs/nunosita/nunosia-web /research_activity/vision_chip/subjects-j.html#retina_implant

http://www.sony.jp/products/Consumer /aibo/products/index.html

Difficult surgical operation

Light Signal

Transparent substrate

Light into one side

Signal from other side

Flexible substrate

Fit on curved human retina

Thin-film photodevice

Easy

surgical

operation

5 5

人工網膜

-5

0

5

10

15

-1 0 1 2 3 4 5

Vapply (V)

Iph

oto

(p

A/u

m)

Lphoto=8000(lx)

4000

2000

0

Vgate=1(V)

Large Iphoto

Independent of Vapply

人工網膜

http://mswebs.aist-nara.ac.jp/LABs/nunosita/nunosita-web /research_activity/vision_chip/subjects-j.html#retina_implant

Retina array

Retina pixel

p/i/n TFPT

薄膜フォトトランジスタ

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pixel

Lphoto

(lx

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Vout (V

)

d. Edge enhancement.

Light

Artificial retina

Slit

Vdd=5(V) Vadjust=1(V)

Edge enhancement

On

Off

A

A

B

B

A

A

B

B

Light

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10012345

Lphoto

Artificial retina

Slit

Vdd=5(V) Vadjust=0.37(V)

Vbias=0.5(V)

10000(lx)

100(lx)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vout

5 4 3 2

0(V) 1

光照度検出

エッジ強調

Vapply

Iphoto Lphoto

p n i

Cathode

Anode

Cathode Anode

50nm 10um

Gate 75nm

Vgate

Lphoto

視覚障害者に光をとりもどす埋込臓器

ロボットの視覚機能

画素内・画素間での画像情報処理

6

拡大読書器

据置型拡大読書器

独立モニタ

下向きビデオカメラ

ＸＹテーブル

携帯型拡大読書器

小型液晶モニタ

裏面に超小型

ビデオカメラ

充電式

従来

でかい

おもい

かさばる

7

拡大読書器

本研究

薄い ・ 軽い

コンパクト

8

TAOS

Transparent Amorphous Oxide Semiconductor

Minority Report

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照射光履歴センサ

• あらかじめ電圧を印加して、特性を初期化

• 光を照射して、特性を左側にシフト

• 電気特性を利用して、光の照射量を検出

Ti/Al

Gate Source Drain

tal/tgi=30/150nm W/L=300/50m

n+-Si Thermally-oxidized SiO2

ozone annealing -IGZO

Light irradiation

Ti/Al

Gate insulator

Active layer

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

1E-4

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ids (A

)

Vgs (V)

Vds=0.1V

Initial

Reset

1 min

3

10

30

100

300

1000

10

20

30

40

50

0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000

Vo

n (V

)

Time (min)

Ids=1nA

Initial

Reset

10

10

20

30

40

50

60

70

-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vg

s@

Ids (V

)

Vapply (V)Initia

l

Ids 1pA

10pA

100pA

10nA

100nA

1A

1nA

1E-14

1E-13

1E-12

1E-11

1E-10

1E-9

1E-8

1E-7

1E-6

1E-5

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ids (A

)

Vgs (V)

Vds=0.1V

Initial

0V 10V

20V 30V

40V 50V

60V

25V

35V

70V

80V

Va

pp

ly

Va

pp

ly

印加電圧履歴センサ

• あらかじめ光を照射して、特性を初期化

• 電圧を印加して、特性を左側にシフト

• 電気特性を利用して、電圧の最大値を検出

Ti/Al

Gate Source Drain

tal/tgi=30/150nm W/L=300/50m

n+-Si Thermally-oxidized SiO2

ozone annealing -IGZO

Light irradiation

Ti/Al

Gate insulator

Active layer

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本技術に関する知的財産権

人工網膜

• 発明の名称 ： 人工網膜およびその製造方法

• 出願番号 ： 特願2006-262746

• 出願人 ： 龍谷大学 奈良先端科学技術大学院大学

• 発明者 ： 木村 睦 島 武弘 山下 毅彦 浦岡 行治

人工網膜

• 発明の名称 ： 人工網膜

• 出願番号 ： 特願2008-128621

• 出願人 ： 龍谷大学 東京工業大学

• 発明者 ： 木村 睦 中西 孝 神谷 利夫

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本技術に関する知的財産権

拡大読書器

• 発明の名称 ： 拡大読書器

• 出願番号 ： 特願2008-107489

• 出願人 ： 龍谷大学

• 発明者 ： 野口 紳一郎 木村 睦

照射光履歴センサ 印加電圧履歴センサ

• 発明の名称 ：薄膜トランジスタ、及びそれを用いた

最大印加電圧検出センサ及び照射光履歴センサ

• 出願番号 ： 特願2011-200040

• 出願人 ： 龍谷大学 東京工業大学

• 発明者 ： 木村 睦 神谷 利夫 細野 秀雄

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産学連携の経歴

• 2003年-2012年 セイコーエプソンと共同研究

• 2005年 三洋エプソンイメージングデバイスと共同研究

• 2005年 クオンタディスプレイ（台湾）と共同研究

• 2006年-2007年 リコーと共同研究

• 2007年-2008年 FDKと共同研究

• 2008年 JSTシーズ発掘試験に採択

• 2008年 フジフイルムと共同研究

• 2008年 神戸製鋼所と共同研究

• 2011年 日本ゼオンと共同研究

• 2010年-2012年 ジーダットと共同研究

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まとめ

薄膜トランジスタの新規応用技術

人工網膜 特願2006-262746 特願2008-128621

拡大読書器 特願2008-107489

照射光履歴センサ 特願2011-200040

印加電圧履歴センサ 特願2011-200040

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お問い合わせ先

龍谷大学 知的財産センター

知的財産アドバイザー 櫻井 雄三

ＴＥＬ 077-543-7823

ＦＡＸ 077-544-7263

e-mail chizai@ad.ryukoku.ac.jp