JP2011242153A - Strain sensor and strain measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歪センサに関する。 The present invention relates to a strain sensor.
一般的なアクティブマトリクス型の圧力センサは、薄膜トランジスタを用いて形成したアクティブマトリクス基板と、感圧部とを組み合わせて、感圧部のデータをアクティブマトリクスで読み取るものである。 A general active matrix type pressure sensor combines an active matrix substrate formed using a thin film transistor and a pressure sensitive part, and reads data of the pressure sensitive part with an active matrix.
近年、シリコンに代表される無機材料を用いた薄膜トランジスタに変わって、有機材料を用いた有機トランジスタが注目されている。有機トランジスタは、低温プロセスで製造できるため、プラスチック基板やフィルムを用いることができ、フレキシブルで軽量、壊れにくい素子を形成することができる。また、有機トランジスタは、液体材料を用いて塗布法や印刷法等の簡便な方法で形成することができ、プロセスコストや形成装置コストを非常に低く抑えることが可能であるという非常に大きなメリットもある。 In recent years, an organic transistor using an organic material has attracted attention in place of a thin film transistor using an inorganic material typified by silicon. Since an organic transistor can be manufactured by a low-temperature process, a plastic substrate or a film can be used, and a flexible, lightweight, and hardly broken element can be formed. In addition, the organic transistor can be formed by a simple method such as a coating method or a printing method using a liquid material, and has a very great merit that the process cost and the forming apparatus cost can be kept very low. is there.
このような有機トランジスタと前述の感圧シート等とを組み合わせることにより、フレキシブル、かつ大面積の圧力センサを形成する方法が、特許文献１、特許文献２に開示されている。
また、有機トランジスタ自体を感圧素子とし、コストを低減する圧力センサの形成方法も、特許文献３に開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a method for forming a pressure sensor that uses an organic transistor itself as a pressure-sensitive element to reduce costs.
先述の特許文献３の方法によれば、有機トランジスタのゲート絶縁膜に圧力を加えることでゲート絶縁膜が圧縮され、チャネル領域の伝導キャリアの数が増加し、チャネル電流が大きくなることを利用して感圧素子としている。 According to the method of Patent Document 3 described above, the pressure applied to the gate insulating film of the organic transistor compresses the gate insulating film, increases the number of conduction carriers in the channel region, and increases the channel current. This is a pressure sensitive element.
本発明は、このような有機トランジスタの特性を生かした検出装置であり、圧力の代わりに素子にかかる歪を検出し、感度の高い歪センサを提供することを目的とする。 The present invention is a detection device that makes use of such characteristics of an organic transistor, and an object of the present invention is to provide a highly sensitive strain sensor by detecting strain applied to an element instead of pressure.
本発明の歪センサは、有機トランジスタを用いた歪センサであって、有機トランジスタを被検知物に密着させる手段と、有機トランジスタ内に発生するチャネル領域において、有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間の距離をチャネル長、チャネル長の方向と直交する方向に対応する距離をチャネル幅とし、有機トランジスタのゲート電極にゲート電圧ＶG を印加する手段と、有機トランジスタのドレイン電極にドレイン電圧ＶＤを印加する手段と、発生したドレイン電流ＩＤを測定する手段と、下記の数式により、移動度μを算出する算出手段と、
移動度μの変化を記録する手段と、を備え、移動度μの変化により被検知物の歪みの方向、又は大きさを検知することを特徴とする。
The strain sensor according to the present invention is a strain sensor using an organic transistor, and includes a means for bringing the organic transistor into close contact with an object to be detected, and a source region and a drain electrode of the organic transistor in a channel region generated in the organic transistor. The distance between the channel length, the distance corresponding to the direction perpendicular to the channel length direction as the channel width, means for applying the gate voltage VG to the gate electrode of the organic transistor, and the drain voltage VD to the drain electrode of the organic transistor Means for measuring the generated drain current ID, calculating means for calculating the mobility μ by the following equation,
Means for recording a change in mobility μ, and detecting the direction or magnitude of distortion of an object to be detected by the change in mobility μ.
本発明は、有機トランジスタを用いた歪測定方法であって、有機トランジスタを被検知物に密着させる工程と、有機トランジスタ内に発生するチャネル領域において、有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間の距離をチャネル長、チャネル長の方向と直交する方向に対応する距離をチャネル幅とし、有機トランジスタのゲート電極にゲート電圧ＶG を印加する工程と、有機トランジスタのドレイン電極にドレイン電圧ＶＤを印加する工程と、発生したドレイン電流ＩＤを測定する工程と、下記の数式により、移動度μを算出する算出工程と、
移動度μの変化を記録する工程とを備え、移動度μの変化により前記被検知物の歪みの方向、又は大きさを検知することを特徴とする。
The present invention relates to a strain measurement method using an organic transistor, wherein the organic transistor is in close contact with an object to be detected, and in a channel region generated in the organic transistor, between the source electrode and the drain electrode of the organic transistor. Applying a gate voltage VG to the gate electrode of the organic transistor and applying a drain voltage VD to the drain electrode of the organic transistor, with the distance corresponding to the channel length and the distance corresponding to the direction perpendicular to the channel length direction as the channel width A step of measuring the generated drain current ID, a calculation step of calculating the mobility μ by the following formula,
And a step of recording a change in mobility μ, and detecting the direction or magnitude of distortion of the object to be detected by the change in mobility μ.
本発明は、有機トランジスタ自体を歪検出素子として機能させることができ、感圧シートや圧電素子等が不要なシンプルな構成となる。よって、これらを設けるための材料コストやプロセスコストが不要になり、また感圧シートや圧電素子を形成するためのプロセスが不要となるので、プロセスが減ることによって歩留りを向上させることができる。 According to the present invention, the organic transistor itself can function as a strain detection element, and a simple configuration that does not require a pressure sensitive sheet, a piezoelectric element, or the like is obtained. Therefore, the material cost and the process cost for providing them become unnecessary, and the process for forming the pressure sensitive sheet and the piezoelectric element becomes unnecessary, so that the yield can be improved by reducing the process.
また、本発明の歪検出素子は、様々な用途に好適に用いることができる。特に、フレキシブルな歪センサなので、曲面を含んで構成された物体や変形する物体等に作用する歪を検出する手段として、例えば人工皮膚等に用いることもでき、本発明の効果により低コストの人工皮膚とすることができる。また、軽量で壊れにくいので携帯性に優れており、例えば携帯電話や電子ペーパー等の電子機器においてタッチパネルあるいはタブレット等の入力手段として用いることができ、このような電子機器を低コストのものとすることができる。 Moreover, the strain detection element of the present invention can be suitably used for various applications. In particular, since it is a flexible strain sensor, it can be used for, for example, artificial skin as a means for detecting strain acting on an object including a curved surface or a deforming object. Can be skin. In addition, since it is lightweight and difficult to break, it is excellent in portability. For example, it can be used as an input means such as a touch panel or a tablet in an electronic device such as a mobile phone or electronic paper. be able to.
また、複数の有機トランジスタをマトリクス状に配置して歪センサを構成することにより、各有機トランジスタの検出結果に基づいて有機トランジスタ配置面における歪の分布を検出することもできる。 Further, by forming a strain sensor by arranging a plurality of organic transistors in a matrix, it is possible to detect the strain distribution on the organic transistor placement surface based on the detection result of each organic transistor.
以下、本発明のその他の特徴及び利点について詳述するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内であれば種々に変更して実施することができる。図１（ａ）は本発明の歪センサに用いた有機トランジスタの構成を示した概略平面図である。また図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ‘における概略断面図である。 Hereinafter, other features and advantages of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. . FIG. 1A is a schematic plan view showing the configuration of an organic transistor used in the strain sensor of the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG.
図１に示したように、有機トランジスタ１は、高分子基板２の表面に、ゲート電極３、ゲート絶縁層４、有機半導体層５、ソース電極６及びドレイン電極７を有するものであり、この構成は従来の有機トランジスタと同様である。また、ゲート電極３にゲート電圧ＶＧを印加した際に有機半導体層には、チャネル領域８が発生する。
As shown in FIG. 1, the
高分子基板２は、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの耐熱性高分子材料から構成することができる。特に、市販されている上記高分子材料フィルムを直接的に基板として用いることができる。
The
次に、有機トランジスタの製造方法について、同じく図１を用いて説明する。最初に、高分子基板２にゲート電極３を形成する。ゲート電極３は、金属及び導電性有機材料の少なくとも一種を用いて形成すればよい。金属膜を形成する場合には、蒸着やスパッタリング等の既存の真空成膜法を用いればよく、マスク成膜法やフォトリソグラフ法等により電極形状の形成を行うことができる。このとき用いる電極形成用の材料としては、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属、これら金属を用いた合金、ポリシリコン、アモルファスシリコン、錫酸化物、酸化インジウム、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の無機材料が挙げられる。また、これらの材料は２種以上を併用してもよい。
Next, a method for manufacturing an organic transistor will be described with reference to FIG. First, the gate electrode 3 is formed on the
また、導電性有機材料を用いて電極を形成する場合には、ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性インキを塗布して電極とすることができる。この場合の電極の形成は、有機材料を基材上に塗布、乾燥させることで行うことができるため、安価で簡便に行うことができる。塗布する方法としては、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、転写法、インクジェット法等が挙げられる。 In the case of forming an electrode using a conductive organic material, a conductive ink such as polyaniline or polythiophene can be applied to form an electrode. In this case, the electrode can be formed by applying an organic material on a substrate and drying it, so that it can be easily and inexpensively performed. Examples of the application method include a spin coating method, a casting method, a pulling method, a transfer method, and an ink jet method.
次いで、ゲート電極３を覆うようにしてゲート絶縁層４を形成する。ゲート絶縁層４は、ポリメチルシルセスキオキサン、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレートなどの溶液をスピンコートして塗布した後、電子オーブンなど加熱硬化して形成する。また、ポリパラキシリレンなど、化学蒸着法によりゲート絶縁層を形成しても良い。 Next, a gate insulating layer 4 is formed so as to cover the gate electrode 3. The gate insulating layer 4 is formed by spin-coating and applying a solution of polymethylsilsesquioxane, polyimide, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, and the like, followed by heat curing such as an electronic oven. Alternatively, the gate insulating layer may be formed by a chemical vapor deposition method such as polyparaxylylene.
次に有機半導体層５を形成する。有機半導体層５は、公知の有機半導体材料を用いて形成された層であればよく、この有機半導体材料としては、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物、電荷移動錯体等の材料からなるのが好ましい。具体的な材料としては、ペンタセン、中心ベンゼン環の間にビシクロ環を導入したペンタセン誘導体、テトラセン、アントラセン、チオフェンオリゴマー誘導体、フェニレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、シアニン色素等が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。
Next, the
次に、有機半導体層５の上にソース電極６及びドレイン電極７を形成する。有機半導体層５に用いられる公知の電極であれば特に限定されずに用いることができるが、ほとんどの有機半導体が、電荷を輸送するキャリアがホールであるＰ型半導体であることから、半導体層とオーミック接触をとるために、仕事関数の大きい金属で形成されることが好ましい。具体的には、例えば、金、白金が挙げられる。
Next, the
ここでいう仕事関数とは、固体中の電子を外部に取り出すのに必要な電位差であり、真空準位とフェルミ準位のエネルギー差を電荷量で割った値として定義される。また、半導体層表面にドーパントを高密度にドープした場合は、金属／半導体間をキャリアがトンネルすることが可能となり、金属の材質によらなくなるため、ゲート電極で挙げた金属材料又は導電性有機材料も用いることができる。 The work function here is a potential difference necessary for taking out electrons in the solid to the outside, and is defined as a value obtained by dividing the energy difference between the vacuum level and the Fermi level by the amount of charge. In addition, when a dopant is densely doped on the surface of the semiconductor layer, carriers can tunnel between the metal and the semiconductor and do not depend on the metal material. Therefore, the metal material or the conductive organic material mentioned for the gate electrode Can also be used.
ソース電極６及びドレイン電極７の形状については、本実施形態で採用した有機トランジスタは、図１（ａ）のように櫛型電極を採用したが、対向型電極など他の形状を使用しても良い。チャネル長Ｌは、図１（ａ）に示すようにソース−ドレイン電極間の距離のことである。またチャネル幅Ｗは、櫛型電極の場合は図１（ａ）のｉ部の長さに電極の対の数（図１（ａ）の場合は５対）をかけた値となる。
As for the shape of the
このような有機トランジスタを歪検出素子として用いる場合の作用について、以下説明する。最初に、歪みを検出する対象物、被検知物に有機トランジスタを密着させる。密着の手法は、接着剤を使用するなど、公知の手段を用いることができる。次に、有機トランジスタのゲート電極３にゲート電圧ＶG を印加する。それによって、有機半導体層にチャネル領域８が発生する。さらに有機トランジスタのドレイン電極７にドレイン電圧ＶＤを印加すると、チャネル領域８のキャリアが移動し、ドレイン電流ＩＤが発生するので、このドレイン電流ＩＤを測定する。ここでドレイン電圧ＶＤの印加方向と平行であるチャネル長方向に圧縮応力が加わると、チャネル領域８は歪み圧縮され、ドレイン電流ＩＤが大きくなる。またチャネル長Ｌ方向に引っ張り応力が加わると、チャネル領域８は延伸され、ドレイン電流ＩＤが小さくなる。有機トランジスタの特性を評価する際の指標となる移動度μとドレイン電流ＩＤとの関係は、下記の数式の関係にあるため、ドレイン電流ＩＤを測定し、移動度μを算出することで、有機トランジスタに加わった応力を移動度μの変化として検出することができる。
The operation when such an organic transistor is used as a strain detection element will be described below. First, an organic transistor is brought into close contact with an object for detecting distortion and an object to be detected. For the adhesion method, a known means such as an adhesive can be used. Next, a gate voltage VG is applied to the gate electrode 3 of the organic transistor. Thereby, a
なお、ＶD はドレイン電圧 、ＶGはゲート電圧 、Ｖth は閾値電圧、Ｃはゲート絶縁層の単位面積当たりの静電容量、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅を表している。上記数式より、ＩD 1/2 とＶG とをプロットしたグラフにおける傾きとして移動度μを求めることができる。
VD is a drain voltage, VG is a gate voltage, Vth is a threshold voltage, C is a capacitance per unit area of the gate insulating layer, L is a channel length, and W is a channel width. From the above equation, the mobility μ can be obtained as the slope in the
以上のように、チャネル領域８に応力が加わると移動度μ、すなわちドレイン電流ＩＤが変化する。この現象は、チャネル領域８に応力が加わり圧縮される場合、チャネル領域における有機半導体層の分子が互いに接近するようになり、ドレイン電流ＩＤが増加すると考えられる。すなわち、接近した分子は、分子間の電子軌道の重なりが大きくなるため、電子のバンド伝導やホールのホッピング伝導に必要なエネルギーが少なくなり、有機半導体層中を伝導キャリアが移動しやすくなると考えられる。チャネル領域が延伸される場合は、逆の現象が生じ、ドレイン電流ＩＤが減少すると考えられる。
As described above, when stress is applied to the
また、ドレイン電流ＩＤの変化、すなわち移動度μはチャネル領域に加わる応力の方向によって大きく異なり、ドレイン電圧ＶＤの印加方向と平行であるチャネル長Ｌ方向に応力が加わった場合に変化が最大となり、ドレイン電圧ＶＤの印加方向と垂直であるチャネル幅Ｗ方向に応力が加わった場合にほとんど変化しない。すなわちこの方法では、有機トランジスタに加わった応力の方向まで感知できる。 In addition, the change in the drain current ID, that is, the mobility μ varies greatly depending on the direction of the stress applied to the channel region, and the change becomes the maximum when the stress is applied in the channel length L direction parallel to the application direction of the drain voltage VD. It hardly changes when stress is applied in the channel width W direction perpendicular to the direction in which the drain voltage VD is applied. That is, in this method, it is possible to sense the direction of the stress applied to the organic transistor.
また、一般に、検出部であるチャネル長Ｌは数μｍから数１００μｍであるため、本発明の装置は、従来技術のように、膜厚が数１００ｎｍであるゲート絶縁膜を検出部とする圧力センサよりも高感度となる。 In general, since the channel length L that is the detection unit is several μm to several hundreds of μm, the device of the present invention is a pressure sensor that uses a gate insulating film having a film thickness of several hundreds of nm as the detection unit as in the prior art. Higher sensitivity.
以上のように、チャネル領域に応力が加わるとドレイン電流ＩＤ、すなわち移動度μが変化するので、歪時の移動度μと非歪時の移動度μとの違い、すなわち有機トランジスタの特性変化を検出し、記録することで歪を検出することができる。本発明の有機トランジスタは、通常の有機トランジスタと同様に、ドレイン領域からのデータ（ドレイン電流ＩＤの値）を読み出す機能を有しているので、数１の関係を用いて、読み出したドレイン電流ＩＤの値から移動度μを求めることにより、有機トランジスタ自体の特性変化を検出することができる。
As described above, when stress is applied to the channel region, the drain current ID, that is, the mobility μ changes, so the difference between the mobility μ at the time of strain and the mobility μ at the time of non-strain, that is, the characteristic change of the organic transistor. By detecting and recording, distortion can be detected. Since the organic transistor of the present invention has a function of reading data (the value of the drain current ID) from the drain region in the same manner as a normal organic transistor, the read drain current ID is obtained using the relationship of
このように、有機トランジスタの特性変化に基づいて歪を算出する算出手段を有する。例えば移動度μの変化量がどの程度であるかを検出するようにすれば、加わった歪の大きさを評価することができる。また、例えば予め所定の歪に対する有機トランジスタの特性を検定しておくことにより、その検定結果に基づいて歪の値を算出することもできる。すなわち、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極のそれぞれの電圧等を所定の条件に設定し、所定の歪に対する移動度μの変化を調べておけば、対応する歪の値を一意に求める（算出する）ことができる。 As described above, the calculation unit calculates the strain based on the characteristic change of the organic transistor. For example, if the degree of change in mobility μ is detected, the magnitude of the applied strain can be evaluated. Further, for example, by preliminarily testing the characteristics of the organic transistor with respect to a predetermined strain, the value of the strain can be calculated based on the test result. That is, if the voltages of the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode are set to predetermined conditions and the change in the mobility μ with respect to the predetermined strain is examined, the corresponding strain value is uniquely obtained (calculated). )be able to.
本発明の歪センサである有機トランジスタの製造方法について、先の図１に基づいて、詳細に説明する。高分子基板１として、厚さ１２０μｍのポリカーボネート基材を用いた。基板上に形成された抵抗率３０Ω/ｃｍ２のインジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を、フォトリソグラフィによりパターンニングすることによりゲート電極３層を形成した。さらに、シロキサン系化合物溶液をスピンコート塗布し、７０℃で６０分間加熱させたのち、１５０℃６０分間加熱することにより、ポリシルセスキオキサン膜を形成しゲート絶縁層４を得た。
A method for producing an organic transistor which is a strain sensor of the present invention will be described in detail with reference to FIG. A polycarbonate substrate having a thickness of 120 μm was used as the
次いで、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）溶液をスピンコート塗布し、膜厚２００ｎｍの有機半導体層５とし、最後に、メタルマスクを通して膜厚３０ｎｍの金を蒸着してソー
ス・ドレイン電極（６、７）層を形成し、７０℃で、１時間真空中で熱処理を行って有機トランジスタ１を製造した。この有機トランジスタのチャネル長Ｌは２００μｍ、チャネル幅Ｗは４８ｍｍであった。
Next, a poly (3-hexylthiophene) solution is applied by spin coating to form an
得られた有機トランジスタを被検知物に密着させ、有機トランジスタのゲート電極とドレイン電極とに電圧を印加した。発生したドレイン電流ＩＤを測定し、ドレイン電流ＩD 1/2 とゲート電圧ＶGを用い、それぞれをプロットしたグラフにおける傾きとして移動度μを求めた。
The obtained organic transistor was brought into close contact with an object to be detected, and a voltage was applied to the gate electrode and the drain electrode of the organic transistor. The generated drain current ID was measured, and using the drain
以上のようにして得られた歪センサである有機トランジスタ１の特性について、歪によってどのように変化するかを調査した結果を図２から図４を用いて以下に示す。
The results of investigating how the characteristics of the
図２は、有機トランジスタの移動度μを求め、チャネル長方向の変化率を記録し、グラフに示したものであり、図３は、チャネル幅方向の変化率を記録し、グラフに示したものである。いずれの図も横軸は有機トランジスタをチャネル長またはチャネル幅方向に歪ませた曲率半径［ｍｍ］を示しており、「∞」は曲率半径が無限大、つまり有機トランジスタを歪ませない場合を示す。縦軸は各曲率半径で曲げた際の有機トランジスタの移動度μを歪ませない場合の移動度μで割った値、すなわち移動度の変化率を示している。 FIG. 2 shows the mobility μ of the organic transistor and records the rate of change in the channel length direction and shows it in a graph. FIG. 3 shows the rate of change in the channel width direction and shows it in the graph. It is. In each figure, the horizontal axis indicates the curvature radius [mm] in which the organic transistor is distorted in the channel length or channel width direction, and “∞” indicates that the curvature radius is infinite, that is, the organic transistor is not distorted. . The vertical axis indicates the value obtained by dividing the mobility μ of the organic transistor when bent at each radius of curvature by the mobility μ when the organic transistor is not distorted, that is, the rate of change in mobility.
図４（ａ）は、有機トランジスタ１のチャネル長Ｌに平行な方向において、チャネル領域を圧縮する方向に歪ませた場合の概略断面図であり、図４（ｂ）は、チャネル領域を延伸する方向に歪ませた場合の概略断面図である。
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view when the channel region is distorted in the compressing direction in a direction parallel to the channel length L of the
図２の白丸ａは、図４（ａ）に示すように、チャネル長Ｌに平行な方向において、チャネル領域を圧縮する方向、黒丸ｂは、図４（ｂ）に示すようにチャネル長Ｌに平行な方向において、チャネル領域を延伸する方向に歪ませた際の移動度μの変化率を示す。図２に示すように、有機トランジスタを大きく歪ませるほど移動度μの変化率が大きくなっている。またチャネル長を圧縮する方向に歪ませた場合（白丸ａ）の方が、チャネル長を延伸する方向に歪ませた場合（黒丸ｂ）よりも、移動度μの変化率が若干大きいことが確認された。 The white circle a in FIG. 2 is the direction in which the channel region is compressed in the direction parallel to the channel length L as shown in FIG. 4A, and the black circle b is the channel length L as shown in FIG. In the parallel direction, the change rate of the mobility μ when the channel region is distorted in the extending direction is shown. As shown in FIG. 2, the rate of change of mobility μ increases as the organic transistor is greatly distorted. Also, it is confirmed that the rate of change in mobility μ is slightly larger when the channel length is distorted in the compressing direction (white circle a) than when the channel length is distorted in the extending direction (black circle b). It was done.
図３の白丸ｃは、チャネル幅Ｗに平行な方向において、チャネル領域を圧縮する方向、黒丸ｄは、チャネル幅Ｗに平行な方向において、チャネル領域を延伸する方向に歪ませた際の移動度μの変化率を示す。図３に示すように、チャネル幅を圧縮する方向に歪ませた場合（白丸ｃ）では、移動度μがわずかながら増大したが、チャネル幅を延伸する方向に歪ませた場合（黒丸ｄ）では、移動度μはほとんど変化しなかった。 The white circle c in FIG. 3 is the direction in which the channel region is compressed in the direction parallel to the channel width W, and the black circle d is the mobility when the channel region is distorted in the direction to extend in the direction parallel to the channel width W. The rate of change of μ is shown. As shown in FIG. 3, when the channel width is distorted in the compressing direction (white circle c), the mobility μ increases slightly, but when the channel width is distorted in the extending direction (black circle d). The mobility μ hardly changed.
図２及び図３の結果より、チャネル長Ｌに平行な方向において、チャネル領域を圧縮する方向、又はチャネル領域を延伸する方向に歪ませた場合には、有機トランジスタに加えられた歪に応じて移動度μが大きく変化し、有機トランジスタが感度の高い歪検出素子として機能していることが確認された。また、チャネル長方向に歪が加わった場合とチャネル幅方向に歪が加わった場合の移動度μの変化率が異なることが確認でき、すなわちこの方法では、有機トランジスタに加わった歪の方向まで感知できた。また、このように移動度μの変化率と歪との関係を事前に測定しておくことで、所定のドレイン電圧、所定のゲート電圧を印加した時に出力される移動度μより、有機トランジスタに加わっている歪の大きさを算出することができた。 From the results of FIGS. 2 and 3, when the channel region is compressed in the direction parallel to the channel length L or in the direction in which the channel region is stretched, depending on the strain applied to the organic transistor. The mobility μ was greatly changed, and it was confirmed that the organic transistor functions as a highly sensitive strain detection element. In addition, it can be confirmed that the rate of change in mobility μ differs when strain is applied in the channel length direction and when strain is applied in the channel width direction. did it. In addition, by measuring the relationship between the rate of change of the mobility μ and the strain in advance in this way, the organic transistor is applied to the organic transistor from the mobility μ output when a predetermined drain voltage and a predetermined gate voltage are applied. The magnitude of the applied strain could be calculated.
１ 有機トランジスタ
２ 高分子基板
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁層
５ 有機半導体層
６ ソース電極
７ ドレイン電極
８ チャネル領域
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記有機トランジスタを被検知物に密着させる手段と、
前記有機トランジスタ内に発生するチャネル領域において、前記有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間の距離をチャネル長、該チャネル長の方向と直交する方向に対応する距離をチャネル幅とし、
前記有機トランジスタのゲート電極にゲート電圧ＶG を印加する手段と、
前記有機トランジスタのドレイン電極にドレイン電圧ＶＤを印加する手段と、
発生したドレイン電流ＩＤを測定する手段と、
下記の数式により、移動度μを算出する算出手段と、
前記移動度μの変化を記録する手段と、を備え、
前記移動度μの変化により前記被検知物の歪みの方向、又は大きさを検知することを特徴とする歪センサ。 A strain sensor using an organic transistor,
Means for adhering the organic transistor to an object to be detected;
In the channel region generated in the organic transistor, the distance between the source electrode and the drain electrode of the organic transistor is the channel length, the distance corresponding to the direction orthogonal to the direction of the channel length is the channel width,
Means for applying a gate voltage VG to the gate electrode of the organic transistor;
Means for applying a drain voltage VD to the drain electrode of the organic transistor;
Means for measuring the generated drain current ID;
A calculation means for calculating the mobility μ according to the following formula:
Means for recording a change in the mobility μ,
A strain sensor that detects the direction or magnitude of strain of the detected object based on a change in the mobility μ.
前記有機トランジスタを被検知物に密着させる工程と、
前記有機トランジスタ内に発生するチャネル領域において、前記有機トランジスタのソース電極とドレイン電極との間の距離をチャネル長、該チャネル長の方向と直交する方向に対応する距離をチャネル幅とし、
前記有機トランジスタのゲート電極にゲート電圧ＶG を印加する工程と、
前記有機トランジスタのドレイン電極にドレイン電圧ＶＤを印加する工程と、
発生したドレイン電流ＩＤを測定する工程と、
下記の数式により、移動度μを算出する算出工程と、
前記移動度μの変化を記録する工程と、を備え、
前記移動度μの変化により前記被検知物の歪みの方向、又は大きさを検知することを特徴とする歪測定方法。 A strain measurement method using an organic transistor,
Adhering the organic transistor to an object to be detected;
In the channel region generated in the organic transistor, the distance between the source electrode and the drain electrode of the organic transistor is the channel length, the distance corresponding to the direction orthogonal to the direction of the channel length is the channel width,
Applying a gate voltage VG to the gate electrode of the organic transistor;
Applying a drain voltage VD to the drain electrode of the organic transistor;
Measuring the generated drain current ID;
A calculation step for calculating mobility μ by the following mathematical formula;
Recording the change in mobility μ, and
A strain measuring method, wherein the strain direction or magnitude of the object to be detected is detected by a change in the mobility μ.
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