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       【日经BP社报道】轻软胜于鸿毛，能贴在肌肤上的可穿戴式传感器，由东京大学工学系研究科教授染谷隆夫等人开发成功注1）。该传感器为薄膜状，单位面积的重量只有3g/m²。 据称，重量只有普通纸张的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。（照片来自于东京大学）

注1）此研究是染谷等人与奥地利林茨约翰·开普勒大学（Johannes Kepler University of Linz）的教授Siegfried Bauer的研究小组共同推进的。

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。

       于是，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。（图及照片均来自于东京大学）

直接使用表面粗糙的基板

       三年前的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。

有望用来测量肌电、心电及体温等

       此次开发的有机TFT阵列薄膜折至弯曲半径为5μm的程度也不会损坏。而且，据称将其浸入生理食盐水两周以上，也不会发生明显的电气特性劣 化。并且已确认，将其伸缩233％，电气特性及机械特性仍不会降低。因此，可将其与传感器相组合，装在有弧度曲面上，用来读取温度及压力的变化。

       染谷等人此次作为有机TFT阵列薄膜的应用示例，开发了薄膜压力传感器。对传感器使用了施加压力时电阻会发生变化的材料，用TFT来读取电 阻的变化（图3）。今后通过多种传感器元件与有机TFT阵列的结合，“还有望用作能够计测肌电、心电、体温、心律、血压等人体信息的医疗及健康用传感器” （染谷）。

图3 此次试制的薄膜压力传感器的构成和主要性能参数 东京大学此次试制的薄膜压力传感器的构成（a）和主要性能参数（b）。单位面积的重量比羽毛还轻。而且厚度只有厨房用保鲜膜的1/5左右。（图片来自于东京大学）

       此次的薄膜压力传感器采用了外置电源单元。染谷等人已于2011年开发出了厚2μm的有机太阳能电池，设想将其结合起来以供给电力。（记者：田中 直树，《日经电子》）