Development of a harmless flexible diode to humans using by oxide semiconductors and application of rectenna circuits

本研究は人体に安全な透明ワイドバンドギャップ酸化物半導体である酸化亜鉛（ZnO）に注目して、エナジーハーベスティングデバイスを実現するための薄膜成長技術ならびに加工技術の確立、フレキシブルダイオードを用いた整流回路の実現、RF-DC変換効率の評価と特性改善を行うことで、基礎科学分野の開拓と工学的応用を目指すものである。将来的には、電磁波を直流電流に整流変換するレクテナデバイスへ利用することで、無線LANのような微弱電波や微小マイクロ波エネルギーを高効率で電波から直流電流に常時変換できるエナジーハーベスティング回路への応用を目指す。2022年度は酸化物薄膜となるZnOおよびAl添加ZnOの極薄プラスチック基板への形成とともに成膜条件の最適化を進め、特性の向上を図った。特に構造最適化およびオーミック電極形成のプロセス検討に注力し、コンタクト抵抗やシート抵抗などの電気特性を改善できることが分かった。レクテナデバイス開発に向け、酸化物積層構造の有用性についても新しい知見が得られており、2023年度にも引き続き実験を進めていく。また、アモルファス性の高いZnO薄膜を直接フレキシブル基板に形成することに成功し、ZnOが有機/無機ハイブリッドレクテナへ展開できることを明らかにした。酸化インジウムについても研究を進めており、150℃以下での形成が可能となっており、今後フレキシブルダイオードへ展開していく。

本研究は人体に安全な透明ワイドバンドギャップ酸化物半導体である酸化亜鉛（ZnO）に注目して、エナジーハーベスティングデバイスを実現するための薄膜成長技術ならびに加工技術の確立、フレキシブルダイオードを用いた整流回路の実現、RF-DC変換効率の評価と特性改善を行うことで、基礎科学分野の開拓と工学的応用を目指すものである。将来的には、電磁波を直流電流に整流変換するレクテナデバイスへ利用することで、無線LANのような微弱電波や微小マイクロ波エネルギーを高効率で電波から直流電流に常時変換できるエナジーハーベスティング回路への応用を目指す。2022年度は酸化物薄膜となるZnOおよびAl添加ZnOの極薄プラスチック基板への形成とともに成膜条件の最適化を進め、特性の向上を図った。特に構造最適化およびオーミック電極形成のプロセス検討に注力し、コンタクト抵抗やシート抵抗などの電気特性を改善できることが分かった。レクテナデバイス開発に向け、酸化物積層構造の有用性についても新しい知見が得られており、2023年度にも引き続き実験を進めていく。また、アモルファス性の高いZnO薄膜を直接フレキシブル基板に形成することに成功し、ZnOが有機/無機ハイブリッドレクテナへ展開できることを明らかにした。酸化インジウムについても研究を進めており、150℃以下での形成が可能となっており、今後フレキシブルダイオードへ展開していく。