柔性基板的技術特征：

• 可折疊揉成一團性能不會劣化
• 驅動電壓隻有 2V左右
• 解決了此消彼長問題

柔性基板的應用範圍：

• 各種醫療保健用器件

東(dong)京(jing)大(da)學(xue)研(yan)究(jiu)生(sheng)院(yuan)工(gong)學(xue)係(xi)研(yan)究(jiu)科(ke)電(dian)氣(qi)係(xi)工(gong)學(xue)專(zhuan)業(ye)教(jiao)授(shou)染(ran)穀(gu)隆(long)夫(fu)與(yu)該(gai)專(zhuan)業(ye)講(jiang)師(shi)關(guan)穀(gu)毅(yi)組(zu)成(cheng)的(de)研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)，開(kai)發(fa)出(chu)了(le)具(ju)有(you)彎(wan)曲(qu)特(te)性(xing)的(de)曲(qu)率(lv)半(ban)徑(jing)僅(jin)為(wei)0.1～0.3mm的有機CMOS環形振蕩電路及TFT陣列薄膜。除了“折疊起來揉成一團時性能也不會劣化”（染穀）之外
，驅動電壓隻有 2V左右也是其一大特點。

此次開發的目標是
，“實現各種醫療保健用器件，能以麵而不是點覆蓋在具有複雜曲麵的人體上”（染穀）。研究小組還實際試製出了表麵具有壓力傳感器功能的2mm直徑導管，證實用於醫療器件是有可能的（圖1）。
（a）為實際製作的具備壓力傳感器功能的導管照片，直徑約為2mm。
（b）為（a）的主要構造。
（a）和（b）均由東京大學染穀研究室提供。
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解決此消彼長問題
以前，柔性基板上的晶體管或集成電路的曲率半徑與驅動電壓之間一般為此消彼長關係。染穀過去曾開發過曲率半徑為0.5mm的有機TFT陣列薄膜，但其驅動電壓卻高達40V。相反，驅動電壓為1V的陣列薄膜，曲率半徑卻存在5mm左右的極限。

此次之所以能夠打破以前的技術壁壘，實現曲率半徑為0.1～0.3mm、卻能以2V低電壓驅動的電路
，是因為對原來的技術上進行了以下三點改進（圖2）。


該圖為有機TFT的截麵構造示意圖。彎曲耐性的提高是通過大幅減小基板厚度等措施實現的。低電壓驅動性能是通過大幅減小絕緣層厚度實現的。

改進之處包括：①將基板厚度由原來的75μm減小到了13μm；②使封裝膜變得與基板一樣厚，以防止電路承受多餘的翹曲應力
；③通過將柵極絕緣層厚度由原來的500nm大幅降至6nm，提高了晶體管的電流驅動能力。

不過，此次的電路並非僅僅通過以上改進就可以實現。其中
，③中(zhong)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)的(de)薄(bo)膜(mo)化(hua)此(ci)前(qian)很(hen)難(nan)實(shi)現(xian)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)，在(zai)柔(rou)性(xing)基(ji)板(ban)上(shang)形(xing)成(cheng)較(jiao)薄(bo)的(de)柵(zha)極(ji)絕(jue)緣(yuan)層(ceng)時(shi)，很(hen)難(nan)確(que)保(bao)層(ceng)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)，這(zhe)樣(yang)會(hui)導(dao)致(zhi)成(cheng)品(pin)率(lv)大(da)幅(fu)下(xia)降(jiang)。

cicirangudengrenzheyanyurongyizaiguijibandengjiaoweipingtandejibanshangxingchengboerjunyundezhajijueyuancengzheyidian
，renweishouxianyinggaishirouxingjibanshixianpingtanhua。qiyuanyinshi，“市售柔性基板的表麵有數十nm的凹凸。在上麵形成6nm厚的均勻膜比較困難”（染穀）（圖3）。


隻減小絕緣膜厚度的話，基板的凹凸程度較大
，因此會導致缺陷等增加，絕緣膜便無法發揮應用的作用（a）。以基板材料的前體為基礎，使基板的凹凸處實現平坦化之後，實現了此次的薄膜化（b）。

將凹凸處塗平
基板的平坦化是通過“塗布”而不是像無機半導體那樣通過“打磨”實現的。具體方法是，采用旋轉塗布法等在基板上塗布含有聚酰亞胺前體的溶液，然後在180℃溫度下對其進行退火（Anneal）處理。退火後，前體就會變成與基板相同的聚酰亞胺。這樣，“表麵凹凸處的尺寸便減小至0.2～0.3nm以下，平坦程度達到了原子級別”（東京大學的關穀）。“即使是聚萘二甲酸乙二醇（PEN）基板
，也可采用相同的方法”（關穀）。

形成柵極絕緣層時

，采用了非結晶狀態的氧化鋁（AlOx）
，以及磷酸類低分子材料——正十八烷基磷酸。後者隻需將基材浸入其溶液，便可在常溫下形成均勻的自組織單分子膜（SAM）。SAM具有可自發性排列並形成單分子膜的性質。基板大幅實現平坦化
，使此類材料的使用成為可能。

此外，染穀等人還開發出了多項技術
，采用這些技術可在不到100℃的低溫下完成基板平坦化之後的所有製造工藝。這樣，便可在柔性基板上直接形成有機CMOS電路。此次製成的5段有機CMOS環形振蕩電路
，在低電壓驅動的情況下
，實現了每段延遲僅為4.5ms的“全球最快速度”（染穀）（圖 4）。


（a）為5段CMOS環形振蕩電路。通過將電路製造工藝的溫度降至100℃以下，使在柔性基板上製作CMOS電路成為可能。
（b）表示此次與其他製作實例的驅動電壓與信號延遲的關係。
（a）與（b）均由東京大學染穀研究室提供。