透明酸化物薄膜トランジスタによるセンサ・オン・フィルムの創成

使用透明氧化物薄膜晶体管创建薄膜传感器

• 批准号: 20J23326
• 负责人: 高橋 崇典
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23326/
• 关键词: 酸化物半導体; 薄膜トランジスタ; 化学センサ; 信頼性

酸化物薄膜トランジスタを用いた化学センサについて検出対象はアミノ酸と生体アミンとした。生体分子の検出信号を電気的信号に変換する酸化物薄膜トランジスタに4-メルカプト安息香酸を自己組織化単分子膜として集積させたAu電極を延長ゲート電極として接続し、センサ機構を構築した。また、Au電極上に成膜した4-メルカプト安息香酸の自己組織化単分子膜の評価として、接触角と仕事関数の評価を実施し、Au表面の修飾状態を確認した。令和4年度はヒスタミンのリアルタイム検出に加えて、他の生体分子 (ヒスチジンやポリアミン類) に対する応答性と選択性の評価を行った。その結果、各種生体分子に対する検出信号には有意な差が確認されており、高信頼性な酸化物薄膜トランジスタは有用なセンサプラットフォームとして期待できる可能性が示された。酸化物半導体材料の探索と信頼性評価について酸化物半導体材料の探索については重要な知見が多数得られた。酸化物薄膜トランジスタの信頼性、組成、熱処理温度の関係性を系統的に評価し、正ゲート電圧ストレスに対するしきい値電圧のシフト量は酸化物半導体の組成と熱処理温度に大きく依存しており、過剰酸素などの不純物の振る舞いに差が表れることを実験的に明らかにした。中でもIn-Zn-O系の組成を選択し、組成比を最適化するとで、300℃等のフィルム基板が使用可能な熱処理温度域でも高い信頼性が得られることがわかった。本材料探索の過程において、集積デバイスや強誘電体メモリ等の他のアプリケーションにも適用可能な材料系も発見した。重要な知見については国内会議と国際会議で発表を行った。また、酸化物薄膜トランジスタの光誘起劣化現象についてもデバイス構造に由来する新たな知見が得られた。

对于使用氧化薄膜晶体管的化学传感器，检测靶标是氨基酸和生物胺。通过连接Au电极来构建传感器机制，其中4-羟基苯甲酸被作为自组装单层的单层集成到氧化物薄膜晶体管，该晶体晶体管将生物分子的检测信号转换为电信号作为延伸栅极电极。此外，作为对在AU电极上形成的4-羟基苯甲酸的自组装单层的评估，评估了接触角和工作函数，以确认AU表面的修饰状态。除了对组胺的实时检测外，我们在2022年还评估了对其他生物分子（组氨酸和多胺）的反应性和选择性。结果，在各种生物分子的检测信号中证实了显着差异，这表明高度可靠的氧化物薄膜晶体管可以预期为有用的传感器平台。关于搜索氧化物半导体材料和可靠性评估，有关搜索氧化物半导体材料的许多重要发现。系统地评估了氧化物薄膜晶体管的可靠性，组成和热处理温度之间的关系，并通过实验表明，将阈值电压转移到正栅极电压应力的量在很大程度上取决于氧化物半导体和热处理温度的组成，并且在诸如多余氧气的行为中发生了差异。其中，当选择组成比并优化组成比时，已经发现即使在可以使用薄膜底物（例如300°C）的热处理温度范围内也可以实现高可靠性。在搜索材料的过程中，我们还发现了可以应用于其他应用程序（例如集成设备和铁电内存）的材料系统。重要发现在国内和国际会议上提出。此外，已经获得了有关氧化物薄膜晶体管的光诱导的劣化现象的新知识，该现象源自设备结构。

项目成果

Hot Carrier Phenomena in Oxide Thin-Film Transistors

氧化物薄膜晶体管中的热载流子现象

• 发表时间: 2020
• 作者: Jun Tanaka;Mami N. Fujii;Ryoko Miyanaga;Takanori Takahashi;Kazushige Takechi;Hiroshi Tanabe
• 通讯作者: Hiroshi Tanabe

三次元集積型強誘電体デバイスへ向けた三元系非晶質酸化物半導体材料

用于三维集成铁电器件的三元非晶氧化物半导体材料

• 发表时间: 2023
• 作者: 髙橋崇典;上沼睦典;小林正治;浦岡行治
• 通讯作者: 浦岡行治

Investigation of NBIS Degradation Mechanism in Oxide TFT Assisted by Charge Trap Phenomena

电荷陷阱现象辅助氧化物 TFT 中 NBIS 降解机制的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Shunsuke Omae;Takanori Takahashi;Mutshunori Uenuma;Yukiharu Uraoka
• 通讯作者: Yukiharu Uraoka

Degradation Due to Photo-Induced Electron in Top-Gate In-Ga-Zn-O Thin Film Transistors With n- Region Under Negative Bias Stress and Light Irradiation

负偏压和光照射下 n 区顶栅 In-Ga-Zn-O 薄膜晶体管中光生电子引起的退化

• DOI: 10.1109/led.2023.3258960
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEEE Electron Device Letters
• 影响因子: 4.9
• 作者: Takeda Yujiro;Takahashi Takanori;Miyanaga Ryoko;Bermundo Juan Paolo S.;Uraoka Yukiharu
• 通讯作者: Uraoka Yukiharu

Hot carrier effects in InGaZnO thin-film transistor

• DOI: 10.7567/1882-0786/ab3c43
• 发表时间: 2019-09-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS EXPRESS
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takahashi, Takanori;Miyanaga, Ryoko;Uraoka, Yukiharu
• 通讯作者: Uraoka, Yukiharu