NIMS、有機トランジスタを使った多値論理演算回路を開発――柔らかさと高処理能力を両立

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多値トランジスタの素子構造

物質・材料研究機構(NIMS)は2018年7月2日、2種類の異なるタイプの有機トランジスタを組み合わせて、3つの値をスイッチできる多値論理演算回路を開発したと発表した。

有機トランジスタなど有機材料を用いた電子素子は軽くて柔らかい特性を持つことから、印刷技術によって大面積の素子を製造できる。運搬も簡単なため、直接身につけて心拍数などを計測する生体情報モニターなどへの応用も始まっている。

しかし有機材料は、これまでの半導体デバイス開発で利用されてきた微細加工技術が適用できない。このため、素子の微細化や高集積化が難しく、高性能化のための新しい手法の確立が望まれていた。

今回の研究では、ゲート電圧を一定以上にするとドレイン電流が減少するという特殊なトランジスタ(アンチアンバイポーラートランジスタ)を、通常のトランジスタと組み合わせた素子を開発。ゲート電圧が低い間はアンチアンバイポーラートランジスタに多くの電流が流れるが、徐々にゲート電圧が増えると2つのトランジスタに同程度の電流が流れる電圧範囲が現れる。さらに電圧を上げると、アンチアンバイポーラーに流れる電流が減少し、電流値の大小が逆転する。

今回、上記のような異なる電流特性を示す2種類のトランジスタを組み合わせることで、3つの値のスイッチングを実現した。これにより複数の出力値を制御する多値論理演算回路の開発も可能になった。この技術を応用することで、同じサイズでも集積度とデータ処理能力を向上させることができる。

今後は、今回の成果を応用し、有機材料が苦手とする高集積化に挑み、柔らかさと高いデータ処理能力を兼ね備えた新しい有機トランジスタの開発を進める。

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