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コンピュータを印刷する時代がやって来る?

ナノ結晶のインクで、トランジスタを印刷することに成功

2016年4月12日(火)16時40分
山路達也

    完全にインクだけでできたトランジスタ プラスチックの基板の上にナノ結晶インクでトランジスタの回路を作った。(image:ペンシルベニア大学)

     スマホにせよパソコンにせよ、エレクトロニクス製品といえば、硬いものと相場が決まっている。けれど、そんな常識はこれから何年かすれば崩れていくことになるだろう。柔軟で折り曲げられる、そういうエレクトロニクス製品を実現するための研究が世界各地で行われており、この潮流はフレキシブル・エレクトロニクスと呼ばれる。例えば、東京大学大学院の染谷研究室では、薄くてしなやかな体温計を印刷技術によって作ることに成功している。

     柔軟なエレクトロニクス製品を実現できれば、体に貼り付けたり、衣服に組み込んだりと、これまでにない応用が可能になる。

    ナノ結晶のインクで、トランジスタを印刷することに成功

     2016年4月に発表された、ペンシルベニア大学のCherie Kagan教授らの研究成果は、フレキシブル・エレクトロニクスの可能性をさらに広げることになりそうだ。

     同研究チームが作成したのは、「完全にインクだけでできたトランジスタ」である。トランジスタは、信号の増幅や、回路をオン・オフするスイッチの機能を持った、あらゆるエレクトロニクス製品に不可欠の部品だ。コンピュータのCPUも膨大な数のトランジスタで構成されている。

     まず、研究チームは、ナノスケールの粒子を液体に溶かし込み、「インク」を作った。インクは全部で4種類。銀でできた伝導体、酸化アルミニウムでできた絶縁体、セレン化カドミウムの半導体、そして銀とインジウムを混ぜたドーパント(半導体に添加して特性をコントロールするための不純物)と、トランジスタに必要な要素をすべてインクとして用意したのである。

    Figure 1 No Labels.jpg

    ナノスケールの粒子を液体に溶かし込み、「インク」を作った。

     続いて、プラスチックの基板の上にナノ結晶インクでトランジスタの回路を作っていく。半導体製造プロセスで使われているフォトリソグラフィ法を使って、銀のナノ結晶インクで回路パターンを描き、酸化アルミニウム、セレン化カドミウムのインクを重ね、銀とインジウムのインクで回路パターンを描く。最後に熱を加えると、インジウムのドーパントが溶け出して半導体として機能するようになる。ナノ結晶インクを使った製造プロセスは、真空を使う通常の半導体製造プロセスよりも低い温度で動作する。そのため、同一基板上に複数のトランジスタを同時に作成することもできるという。

     現段階では従来と同じ半導体製造プロセスを使っているが、研究チームでは将来的に印刷技術によってトランジスタを作れると考えている。

     何年かすれば、私たちが着る衣服にも当たり前のようにトランジスタが印刷されているかもしれない。ヘルスチェック機能を備えたIoTアンダーウェアや、デザインを自由に変化させられるTシャツも登場してきたりするのだろうか?

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