JP2017219336A - Pressure sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic pressure sensor suitable for the realization of increased sensitivity.SOLUTION: Provided is a pressure sensor 1 comprising: an organic field-effect transistor 20 including laminate in which a gate electrode 21, a gate insulating film 22 and an organic semiconductor layer 23 are laminated in the order stated; a pressure sensitive unit 20 including an organic piezoelectric layer 31 and arranged opposite the gate insulating film 22 as seen from the organic semiconductor layer 23; and a power supply 41 connected to the gate electrode 21 for applying a gate voltage Vg to the gate electrode 21. In the pressure sensor 1, the organic piezoelectric substance included in the organic piezoelectric layer 31 is polarized so that the positive and negative signs of electric charges 30c closest to the organic semiconductor layer 23 that are accumulated in the pressure sensitive unit 30 due to that the pressure to be detected is applied to the pressure sensitive unit 30 and the organic piezoelectric layer 31 is compressed in its thickness direction are in inverse to those of the gate voltage Vg.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、いわゆる有機圧力センサ、具体的には有機半導体を用いた圧力センサに関する。   The present invention relates to a so-called organic pressure sensor, specifically, a pressure sensor using an organic semiconductor.

有機圧力センサは、柔軟性に富むため、フレキシブルな大面積圧力センサへの応用が期待されている。有機圧力センサの駆動方式の一つであるアクティブ型有機圧力センサは、感圧部に印加された圧力を有機トランジスタ、具体的には有機電界効果トランジスタ(OFET)、を用いて検出する(例えば非特許文献1)。   Since organic pressure sensors are rich in flexibility, they are expected to be applied to flexible large-area pressure sensors. An active organic pressure sensor, which is one of the driving methods of an organic pressure sensor, detects the pressure applied to the pressure sensing unit using an organic transistor, specifically, an organic field effect transistor (OFET) (for example, non-pressure sensor). Patent Document 1).

Y. Zang et al., "Flexible suspended gate organic thin-film transistors for ultra-sensitive pressure detection", Nature Communications, 6, 6269 (2015)Y. Zang et al., "Flexible suspended gate organic thin-film transistors for ultra-sensitive pressure detection", Nature Communications, 6, 6269 (2015)

有機圧力センサには駆動電圧の低減と高感度化とが求められている。特に高感度化は、有機圧力センサの用途拡大と実用化促進に避けて通れない課題となっている。そこで本発明は、高感度化の実現に適した新規な有機圧力センサ、特に低電圧で駆動させても高感度で圧力を検出できる新規な有機圧力センサ、を提供することを目的とする。   Organic pressure sensors are required to reduce drive voltage and increase sensitivity. In particular, increasing the sensitivity is an inevitable problem in expanding the application of organic pressure sensors and promoting their practical application. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel organic pressure sensor suitable for realizing high sensitivity, particularly a novel organic pressure sensor capable of detecting pressure with high sensitivity even when driven at a low voltage.

本発明は、その第1態様として、
ゲート電極、ゲート絶縁膜、及び有機半導体層がこの順に積層された積層体を有する有機電界効果トランジスタと、
有機圧電体層を有し、前記有機半導体層から見て前記ゲート絶縁膜と反対側に配置された感圧部と、
前記ゲート電極にゲート電圧Vgを印加するために前記ゲート電極に接続された電源と、を備え、
検出するべき圧力が前記感圧部に印加されて前記有機圧電体層がその厚さ方向に圧縮されることにより前記感圧部に蓄積される前記有機半導体層に最も近い電荷が前記ゲート電圧Vgと正負の符号が逆になるように、前記有機圧電体層に含まれる有機圧電体が分極処理されている
圧力センサ、を提供する。
As a first aspect of the present invention,
An organic field effect transistor having a laminate in which a gate electrode, a gate insulating film, and an organic semiconductor layer are laminated in this order;
A pressure-sensitive portion having an organic piezoelectric layer and disposed on the side opposite to the gate insulating film as viewed from the organic semiconductor layer;
A power source connected to the gate electrode to apply a gate voltage Vg to the gate electrode,
When the pressure to be detected is applied to the pressure sensitive part and the organic piezoelectric layer is compressed in the thickness direction, the charge closest to the organic semiconductor layer accumulated in the pressure sensitive part is the gate voltage Vg. There is provided a pressure sensor in which an organic piezoelectric body included in the organic piezoelectric layer is polarized so that the signs of the positive and negative signs are reversed.

本発明によれば、高感度化の実現に適した有機圧力センサを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic pressure sensor suitable for realization of high sensitivity can be provided.

本発明の圧力センサの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the pressure sensor of this invention. 図1に示した圧力センサの感圧部に生じる電荷を示すための図である。It is a figure for showing the electric charge which arises in the pressure sensitive part of the pressure sensor shown in FIG. 感圧部が配置される前の未完成圧力センサの一例を別に作製した感圧部と共に示す断面図である。It is sectional drawing shown with the pressure sensing part produced separately as an example of the incomplete pressure sensor before a pressure sensing part is arrange | positioned. 図3Aに示した未完成圧力センサ(有機電界効果トランジスタ)のゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を示す図である。It is a figure which shows the gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristic of the incomplete pressure sensor (organic field effect transistor) shown to FIG. 3A. 図3Aに示した未完成圧力センサ上に感圧部を配置して構成した圧力センサの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the pressure sensor which has arrange | positioned and comprised the pressure sensitive part on the incomplete pressure sensor shown to FIG. 3A. 図4Aに示した圧力センサのVg−Id特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-Id characteristic of the pressure sensor shown to FIG. 4A. 図4Aに示した圧力センサの感圧部に圧力を加えた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which applied the pressure to the pressure sensitive part of the pressure sensor shown to FIG. 4A. 図5Aに示した圧力センサの圧力に応じて変化するVg−Id特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-Id characteristic which changes according to the pressure of the pressure sensor shown to FIG. 5A. Vg−Id特性が感圧部に蓄積される有機半導体層に最も近い電荷の符号によって異なる変化の傾向を示すことを示す図である。It is a figure which shows the tendency of a Vg-Id characteristic to change with the signs of the electric charge nearest to the organic-semiconductor layer accumulate | stored in a pressure sensitive part. 本発明による圧力センサの圧力に応じて変化するVg−Id特性の実測値の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measured value of the Vg-Id characteristic which changes according to the pressure of the pressure sensor by this invention. 本発明による圧力センサのIdの圧力応答性の測定例を示す図である。It is a figure which shows the example of a measurement of the pressure responsiveness of Id of the pressure sensor by this invention.

本発明の第2態様からは、前記圧力が印加された状態で前記ゲート電圧Vgを印加することによって前記有機半導体層内を流れる電流I(PX)が、前記圧力が印加されていない状態で前記ゲート電圧Vgを印加することによって前記有機半導体層内を流れる電流I(P0)よりも小さい、第1態様の圧力センサ、が提供される。   From the second aspect of the present invention, the current I (PX) flowing in the organic semiconductor layer by applying the gate voltage Vg in a state where the pressure is applied is not applied in the state where the pressure is applied. The pressure sensor according to the first aspect, which is smaller than the current I (P0) flowing through the organic semiconductor layer by applying the gate voltage Vg, is provided.

本発明の第3態様からは、前記圧力が100kPaであるときの前記電流I(P100)が前記電流I(P0)の0.1倍以下である、第2態様の圧力センサ、が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to the second aspect, wherein the current I (P100) when the pressure is 100 kPa is not more than 0.1 times the current I (P0). .

本発明の第4態様からは、前記圧力が300kPaであるときの前記電流I(P300)が前記電流I(P0)の0.01倍以下である、第2態様の圧力センサ、が提供される。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to the second aspect, wherein the current I (P300) when the pressure is 300 kPa is 0.01 times or less of the current I (P0). .

本発明の第5態様からは、前記圧力を測定するために設定された圧力測定範囲の最大値PMAXが印加されたときの前記電流I(PMAX)が前記電流I(P0)の50%以下となるように前記ゲート電圧Vgが設定されている、第2〜第4のいずれか1つの態様の圧力センサ、が提供される。   From the fifth aspect of the present invention, the current I (PMAX) when the maximum value PMAX of the pressure measurement range set for measuring the pressure is applied is 50% or less of the current I (P0). There is provided the pressure sensor according to any one of the second to fourth aspects, in which the gate voltage Vg is set.

本発明の第6態様からは、前記圧力を測定するために設定された圧力測定範囲に基づいて前記ゲート電圧Vgを設定するゲート電圧設定部と、前記ゲート電圧設定部により定められた前記ゲート電圧Vgと前記電流I(PX)とから前記圧力の値を算出する圧力算出部と、をさらに備えた、第2〜第5のいずれか1つの態様の圧力センサ、が提供される。   From the sixth aspect of the present invention, a gate voltage setting unit that sets the gate voltage Vg based on a pressure measurement range set for measuring the pressure, and the gate voltage determined by the gate voltage setting unit There is provided a pressure sensor according to any one of the second to fifth aspects, further comprising a pressure calculation unit that calculates a value of the pressure from Vg and the current I (PX).

本発明の第7態様からは、前記ゲート電圧Vgの絶対値が5V以下である、第1〜第6のいずれか1つの態様の圧力センサ、が提供される。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the absolute value of the gate voltage Vg is 5 V or less.

本発明の第8態様からは、前記電荷は、前記感圧部の表面に蓄積された表面電荷である、第1〜第7のいずれか1つの態様の圧力センサ、が提供される。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to any one of the first to seventh aspects, wherein the charge is a surface charge accumulated on the surface of the pressure sensitive part.

本発明の第9態様からは、前記感圧部の前記表面は、前記有機半導体層と前記感圧部との間の空隙に接している、第8態様の圧力センサ、が提供される。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to the eighth aspect, wherein the surface of the pressure sensitive part is in contact with a gap between the organic semiconductor layer and the pressure sensitive part.

本発明の第10態様からは、前記有機圧電体層に接し、かつ接地された層をさらに備えた、第1〜第9のいずれか1つの態様の圧力センサ、が提供される。   From the tenth aspect of the present invention, there is provided the pressure sensor according to any one of the first to ninth aspects, further comprising a layer in contact with the organic piezoelectric layer and grounded.

以下、添付する図面を参照しながら本発明の実施態様の一例を説明するが、以下の説明は例示であって本発明を制限するものではない。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the following description is an example and does not limit the present invention.

図1に示す圧力センサ1は、読取部として機能する有機電界効果トランジスタ20と、有機電界効果トランジスタ20上に配置された感圧部30と、有機電界効果トランジスタ20に接続された電源41、42とを備えている。有機電界効果トランジスタ20は基板10上に形成されている。   The pressure sensor 1 shown in FIG. 1 includes an organic field effect transistor 20 that functions as a reading unit, a pressure sensitive unit 30 disposed on the organic field effect transistor 20, and power supplies 41 and 42 connected to the organic field effect transistor 20. And. The organic field effect transistor 20 is formed on the substrate 10.

有機電界効果トランジスタ20は、ゲート電極21、ゲート絶縁膜22、及び有機半導体層23がこの順に積層された積層体を備えている。有機電界効果トランジスタ20は、さらにソース電極24及びドレイン電極25を備えている。ソース電極24及びドレイン電極25は、有機半導体層23に接し、かつ互いに離間するように配置されている。またソース電極24及びドレイン電極25は、有機半導体層23と同様、ゲート絶縁膜22の表面に接するようにこの表面上に形成されている。ソース電極24及びドレイン電極25は、その厚さが有機半導体層23の厚さよりも小さく、その上にも有機半導体が堆積している。ソース電極24及びドレイン電極25は、ゲート絶縁膜22と有機半導体層23の一部とに挟持されている。   The organic field effect transistor 20 includes a stacked body in which a gate electrode 21, a gate insulating film 22, and an organic semiconductor layer 23 are stacked in this order. The organic field effect transistor 20 further includes a source electrode 24 and a drain electrode 25. The source electrode 24 and the drain electrode 25 are disposed in contact with the organic semiconductor layer 23 and spaced apart from each other. Similarly to the organic semiconductor layer 23, the source electrode 24 and the drain electrode 25 are formed on the surface so as to be in contact with the surface of the gate insulating film 22. The source electrode 24 and the drain electrode 25 have a thickness smaller than that of the organic semiconductor layer 23, and an organic semiconductor is deposited thereon. The source electrode 24 and the drain electrode 25 are sandwiched between the gate insulating film 22 and a part of the organic semiconductor layer 23.

ゲート電極21には、所定のゲート電圧Vgを印加するための電源41が接続されている。ソース電極24及びドレイン電極25は、ソース・ドレイン電圧を印加するための配線に接続されている。この配線には電源42が配置されている。各電源21,24,25は、例えば、商用電源への接続機構とAC−DC変換回路とにより構成してもよい。   A power source 41 for applying a predetermined gate voltage Vg is connected to the gate electrode 21. The source electrode 24 and the drain electrode 25 are connected to a wiring for applying a source / drain voltage. A power source 42 is disposed on this wiring. Each power source 21, 24, 25 may be constituted by, for example, a connection mechanism to a commercial power source and an AC-DC conversion circuit.

感圧部30は、有機圧電体層31と層32とを備え、有機圧電体層31が有機半導体層23側となるように配置されている。層32は、少なくとも圧力を測定する際には、電気的なノイズを減らすために接地しておくことが好ましい。   The pressure sensitive unit 30 includes an organic piezoelectric layer 31 and a layer 32, and the organic piezoelectric layer 31 is disposed on the organic semiconductor layer 23 side. Layer 32 is preferably grounded to reduce electrical noise, at least when measuring pressure.

感圧部30は、有機圧電体層31を層32の上に成膜することによって形成され、この成膜の後に、有機圧電体層31を有機半導体層23側として有機半導体層23上に載置して積層される。このため、有機半導体層23上に有機圧電体を塗布して有機圧電体層23を形成した場合等とは異なり、有機半導体層23と感圧部30とは完全に密着しているわけではない。すなわち、有機半導体層23と感圧部30との間には微小な空隙が介在しており、感圧部30の表面30sはこの空隙に接している。   The pressure-sensitive part 30 is formed by depositing the organic piezoelectric layer 31 on the layer 32. After this deposition, the organic piezoelectric layer 31 is placed on the organic semiconductor layer 23 with the organic piezoelectric layer 31 side. And stacked. For this reason, unlike the case where the organic piezoelectric layer 23 is formed by applying an organic piezoelectric body on the organic semiconductor layer 23, the organic semiconductor layer 23 and the pressure-sensitive portion 30 are not completely adhered to each other. . That is, a minute gap is interposed between the organic semiconductor layer 23 and the pressure sensitive part 30, and the surface 30 s of the pressure sensitive part 30 is in contact with this gap.

有機圧電体層31に含まれる有機圧電体は、層31の厚さ方向に沿って印加された電圧によって予め分極処理されている。有機圧電体は、外部からの圧力が有機圧電体層31にその厚さ方向に沿って印加されたときに感圧部30から有機半導体層23に作用する電荷がゲート電圧と正負の符号が逆、すなわち本実施形態では正、になるように、分極処理されている。圧力が増すにつれ、電荷が有機半導体層23に作用する程度は大きくなる。   The organic piezoelectric body included in the organic piezoelectric layer 31 is previously polarized by a voltage applied along the thickness direction of the layer 31. In the organic piezoelectric material, when an external pressure is applied to the organic piezoelectric material layer 31 along the thickness direction, the charge acting on the organic semiconductor layer 23 from the pressure-sensitive portion 30 is opposite in sign to the gate voltage. That is, the polarization processing is performed so as to be positive in the present embodiment. As the pressure increases, the degree of charge acting on the organic semiconductor layer 23 increases.

この電荷は、圧力が感圧部30に印加されていない状態においては有機半導体層23に実質的に作用しないものであってもよいし、この状態においても有機半導体層23に作用するものであってもよい。有機半導体層23への電荷の作用の程度は、具体的には、有機電界効果トランジスタ20のソース・ドレイン間の電流(ドレイン電流Id)に及ぼす影響によって記述することができる。   This charge may not substantially act on the organic semiconductor layer 23 in a state where no pressure is applied to the pressure-sensitive portion 30, or may act on the organic semiconductor layer 23 even in this state. May be. Specifically, the degree of the action of electric charges on the organic semiconductor layer 23 can be described by the influence on the current between the source and the drain of the organic field effect transistor 20 (drain current Id).

感圧部30から有機半導体層23に作用する電荷は、感圧部30の有機半導体層23に最も近い位置に蓄積される電荷であり、具体的には有機圧電体層31の有機半導体層23側の表面30sに蓄積した表面電荷30cである。表面電荷30cは、図2では説明のために巨大化して描かれているが、有機半導体層23と有機圧電体層31との間の空隙に存在する。表面電荷30cは、有機圧電体層31とは別の層、例えば有機圧電体層31の有機半導体層23側に付加された層、の表面に蓄積されていてもよい。   The charge acting on the organic semiconductor layer 23 from the pressure-sensitive portion 30 is a charge accumulated at a position closest to the organic semiconductor layer 23 of the pressure-sensitive portion 30, specifically, the organic semiconductor layer 23 of the organic piezoelectric layer 31. This is the surface charge 30c accumulated on the side surface 30s. Although the surface charge 30 c is enlarged for illustration in FIG. 2, the surface charge 30 c exists in the gap between the organic semiconductor layer 23 and the organic piezoelectric layer 31. The surface charge 30 c may be accumulated on the surface of a layer different from the organic piezoelectric layer 31, for example, a layer added to the organic semiconductor layer 23 side of the organic piezoelectric layer 31.

感圧部30に蓄積された電荷を併せて示した図2において、表面電荷31cは丸印で囲んだ正負の符号により示され、有機圧電体層31の内部の電荷あるいは分極状態は丸印で囲まない正負の符号により示されている。有機圧電体層31は、有機半導体層23側となる図示下方が負に分極するように分極処理され、この分極処理によって周囲の環境から正の電荷が供給されて表面電荷30cが蓄積されている。図示した形態では、感圧部30の上方に存在する負の表面電荷は、半導体層である層32の表面に蓄積されている。   In FIG. 2 that also shows the charges accumulated in the pressure-sensitive portion 30, the surface charge 31c is indicated by positive and negative signs surrounded by a circle, and the charge or polarization state inside the organic piezoelectric layer 31 is indicated by a circle. It is indicated by a positive or negative sign that is not enclosed. The organic piezoelectric layer 31 is polarized so that the lower side of the organic semiconductor layer 23 on the side of the organic semiconductor layer 23 is negatively polarized, and positive charges are supplied from the surrounding environment by this polarization processing to accumulate the surface charge 30c. . In the illustrated form, the negative surface charge existing above the pressure-sensitive portion 30 is accumulated on the surface of the layer 32 that is a semiconductor layer.

圧力センサ1による圧力の検出は、有機半導体層23内に電流を流すためのゲート電圧Vgがゲート電極21に印加されている状態、すなわち有機電界効果トランジスタ20がオンの状態で実施される。この状態において、有機圧電体層31に印加される外部からの圧力が0から大きくなっていくにつれて、有機半導体層23内に形成されるチャネルへの電荷30cが及ぼす影響が大きくなってドレイン電流Idが減少していく。   Pressure detection by the pressure sensor 1 is performed in a state where a gate voltage Vg for flowing a current in the organic semiconductor layer 23 is applied to the gate electrode 21, that is, in a state where the organic field effect transistor 20 is turned on. In this state, as the external pressure applied to the organic piezoelectric layer 31 increases from 0, the influence of the charge 30c on the channel formed in the organic semiconductor layer 23 increases, and the drain current Id Will decrease.

すなわち、圧力センサ1では、圧力PXが印加された状態でゲート電圧Vgの印加によって流れる有機半導体層23内のドレイン電流I(PX)は、圧力が印加されていない状態(P=0)で(同一の大きさの)ゲート電圧Vgの印加によって流れる有機半導体層23内のドレイン電流I(P0)よりも小さくなる。これは、圧力PXが大きくなるにつれて、感圧部30が有する電荷30cがゲート電圧Vgと逆の符号のゲート電圧として有機半導体層23に作用する程度が大きくなることに対応している。   That is, in the pressure sensor 1, the drain current I (PX) in the organic semiconductor layer 23 that flows by applying the gate voltage Vg in a state where the pressure PX is applied is (P = 0) in a state where the pressure is not applied (P = 0). It becomes smaller than the drain current I (P0) in the organic semiconductor layer 23 that flows by application of the gate voltage Vg (of the same magnitude). This corresponds to the fact that as the pressure PX increases, the charge 30c of the pressure-sensitive portion 30 acts on the organic semiconductor layer 23 as a gate voltage having a sign opposite to that of the gate voltage Vg.

感圧部30を有機電界効果トランジスタ20上に配置すると(図4A)、配置前のトランジスタ20(図3A)のゲート電圧(Vg)−ドレイン電流(Id)特性を示す曲線(Vg−Id曲線、図3B)は、いわゆる閾値電圧の絶対値が大きくなるようにシフトする(図4B)。感圧部10に圧力50が印加されると(図5A)、Vg−Id曲線は、閾値電圧の絶対値がさらに高くなるように図示左側にシフトする(図5B)。Vg−Id曲線は、圧力が大きくなるにつれて図示左側に移動していく。図5Bより、所定のゲート電圧が印加された状態においては、ドレイン電流I(PX)が感圧部30に印加された圧力PXの1対1関数であること、言い換えるとドレイン電流I(PX)を測定すれば圧力50の大きさPXを特定できること、が理解できる。   When the pressure sensitive part 30 is arranged on the organic field effect transistor 20 (FIG. 4A), a curve (Vg-Id curve) showing a gate voltage (Vg) -drain current (Id) characteristic of the transistor 20 (FIG. 3A) before arrangement. FIG. 3B) shifts so that the absolute value of the so-called threshold voltage increases (FIG. 4B). When the pressure 50 is applied to the pressure sensing unit 10 (FIG. 5A), the Vg-Id curve shifts to the left side in the figure so that the absolute value of the threshold voltage is further increased (FIG. 5B). The Vg-Id curve moves to the left in the figure as the pressure increases. From FIG. 5B, in a state where a predetermined gate voltage is applied, the drain current I (PX) is a one-to-one function of the pressure PX applied to the pressure-sensitive portion 30, in other words, the drain current I (PX). It can be understood that the magnitude PX of the pressure 50 can be specified by measuring.

圧力50が印加されていない状態(図4A)における圧力センサ1のVg―Id曲線(図4B)は、感圧部30がない状態で測定した有機電界効果トランジスタ20のVg−Id曲線(図3B)と実質的に同一であっても構わない。   The Vg-Id curve (FIG. 4B) of the pressure sensor 1 in the state where the pressure 50 is not applied (FIG. 4A) is the Vg-Id curve (FIG. 3B) of the organic field effect transistor 20 measured without the pressure-sensitive portion 30. ) May be substantially the same.

圧力50が大きくなるにつれて有機圧電体層31内の有機圧電体の分極は大きくなり、その結果、表面電荷の量は増加する(図5A)。このため、圧力50の印加に伴ってドレイン電流は減少することになる。また、圧力50の印加によって有機半導体層23と有機圧電体層31との間の空隙が狭小化して表面電荷30cが有機半導体23により近接することにもなる。空隙の狭小化もまた、ドレイン電流の減少に寄与していると考えられる。   As the pressure 50 increases, the polarization of the organic piezoelectric body in the organic piezoelectric layer 31 increases, and as a result, the amount of surface charge increases (FIG. 5A). For this reason, the drain current decreases as the pressure 50 is applied. In addition, the gap between the organic semiconductor layer 23 and the organic piezoelectric layer 31 is narrowed by the application of the pressure 50, and the surface charge 30 c becomes closer to the organic semiconductor 23. It is considered that the narrowing of the air gap also contributes to the reduction of the drain current.

上述した態様とは逆に表面電荷30cの符号がゲート電圧と同一の負である場合は、圧力の印加に伴ってVg−Id曲線は図示右側にシフトすることになる。実測の一例を図6に示す。図6において、電荷30cの影響がない状態の測定曲線Aは、電荷30cの符号がゲート電圧と同一の場合は、圧力が大きくなるにつれて矢印Cの方向にシフトしていく。図6には、電荷30cの符号が互いに逆であって同一の大きさの圧力を印加して測定した複数組のVg−Id曲線が示されている。   Contrary to the above-described embodiment, when the sign of the surface charge 30c is the same negative as the gate voltage, the Vg-Id curve is shifted to the right side in the drawing as the pressure is applied. An example of actual measurement is shown in FIG. In FIG. 6, the measurement curve A in the state where there is no influence of the charge 30c shifts in the direction of the arrow C as the pressure increases when the sign of the charge 30c is the same as the gate voltage. FIG. 6 shows a plurality of sets of Vg-Id curves measured by applying the same magnitude of pressure with the charges 30c having opposite signs.

有機圧電体層31の圧縮に伴って感圧部30に蓄積されていく電荷の量には限界がある。このため、所定の限界値を超えて圧力を印加してもVg−Id曲線はそれ以上シフトしない。図6を参照すると、所定の圧力の印加によってより大きくドレイン電流を変化させて圧力センサの高感度化を実現するためには、ゲート電圧Vgと正負の符号が逆の電荷を有機半導体層23に作用させてVg−Id曲線を矢印Bの方向にシフトさせることが有利であることが理解できる。   There is a limit to the amount of charge accumulated in the pressure-sensitive portion 30 as the organic piezoelectric layer 31 is compressed. For this reason, even if a pressure is applied exceeding a predetermined limit value, the Vg-Id curve does not shift any more. Referring to FIG. 6, in order to realize a higher sensitivity of the pressure sensor by changing the drain current more greatly by applying a predetermined pressure, a charge having a sign opposite to that of the gate voltage Vg is applied to the organic semiconductor layer 23. It can be seen that it is advantageous to act to shift the Vg-Id curve in the direction of arrow B.

圧力センサ1によれば、例えば、感圧部30に印加される圧力50が100kPaであるときのドレイン電流Id(P100)を、圧力が印加されていない状態で同一のゲート電圧Vgの印加によって流れるドレイン電流Id(P0)の0.1倍以下にできる。圧力センサ1によれば、例えば、感圧部30に印加される圧力50が300kPaであるときのドレイン電流Id(P300)を、ドレイン電流Id(P0)の0.01倍以下にできる。しかも、この程度にまで高い感度で圧力50を検出するために必要となるゲート電圧Vgは、その絶対値が5V以下で足りる。   According to the pressure sensor 1, for example, the drain current Id (P100) when the pressure 50 applied to the pressure sensing unit 30 is 100 kPa flows by applying the same gate voltage Vg in a state where no pressure is applied. The drain current Id (P0) can be reduced to 0.1 times or less. According to the pressure sensor 1, for example, the drain current Id (P300) when the pressure 50 applied to the pressure sensing unit 30 is 300 kPa can be 0.01 times or less of the drain current Id (P0). Moreover, the absolute value of the gate voltage Vg necessary for detecting the pressure 50 with such high sensitivity is sufficient to be 5 V or less.

ゲート電極21に印加するゲート電圧Vgは、5V以下、さらには3V以下、特に1V以下であってもよい。   The gate voltage Vg applied to the gate electrode 21 may be 5 V or less, further 3 V or less, particularly 1 V or less.

ゲート電圧Vgは、検出するべき圧力の範囲に基づいて定めるとよい。具体的には、圧力を測定するために設定された圧力測定範囲の最大値PMAXが印加されたときのドレイン電流Id(PMAX)が、圧力が印加されていないときのドレイン電流Id(P0)の50%以下、さらには10%以下、特に5%以下、とりわけ1%以下、となるように設定することが好ましい。ただし、ごく限られた範囲の圧力を測定すれば足りるような場合には、Id(PMAX)がId(P0)の90%以下となる程度にゲート電圧Vgを定めてもよい。また、ゲート電圧Vgは、ドレイン電流Id(PMAX)が、圧力が印加されていないときのドレイン電流Id(P0)の0.0001%以上、さらには0.001%以上、特に0.01%以上となるように設定することが好ましい。   The gate voltage Vg may be determined based on the range of pressure to be detected. Specifically, the drain current Id (PMAX) when the maximum value PMAX of the pressure measurement range set for measuring the pressure is applied is the drain current Id (P0) when no pressure is applied. It is preferable to set it to be 50% or less, further 10% or less, particularly 5% or less, particularly 1% or less. However, when it is sufficient to measure a pressure in a very limited range, the gate voltage Vg may be set to such an extent that Id (PMAX) is 90% or less of Id (P0). The gate voltage Vg is such that the drain current Id (PMAX) is 0.0001% or more, further 0.001% or more, particularly 0.01% or more of the drain current Id (P0) when no pressure is applied. It is preferable to set so that.

圧力センサ1は、ゲート電圧Vgを適切な値に設定するためのゲート電圧設定部をさらに備えていてもよい。ゲート電圧設定部は、検出するべき圧力を測定するために設定された圧力測定範囲に基づいて、例えばその範囲の最大値PMAXにおけるドレイン電流Id(PMAX)の値が上述した好ましい範囲内となるようにゲート電圧Vgを設定する。ゲート電圧設定部は、例えば、複数の電源から選択された単一又は複数の電源をゲート電極に接続するスイッチングデバイス、電源の電圧を所定の値に変更するための変圧デバイス等である。ゲート電圧設定部に必要な構成はよく知られているため、ここではこれ以上の説明を省略する。   The pressure sensor 1 may further include a gate voltage setting unit for setting the gate voltage Vg to an appropriate value. Based on the pressure measurement range set to measure the pressure to be detected, the gate voltage setting unit, for example, so that the value of the drain current Id (PMAX) at the maximum value PMAX in the range falls within the preferable range described above. Is set to the gate voltage Vg. The gate voltage setting unit is, for example, a switching device that connects a single or a plurality of power supplies selected from a plurality of power supplies to the gate electrode, a transformer device for changing the voltage of the power supply to a predetermined value, and the like. Since the configuration necessary for the gate voltage setting unit is well known, further description is omitted here.

ゲート電圧設定部は、圧力センサ1がさらに備えていてもよい測定範囲設定部を用いて使用者が入力又は選択した圧力測定範囲に基づいてゲート電圧Vgを設定してもよい。   The gate voltage setting unit may set the gate voltage Vg based on the pressure measurement range input or selected by the user using the measurement range setting unit that the pressure sensor 1 may further include.

圧力センサ1は、さらに、測定されたドレイン電流I(PX)から印加された圧力50を算出する圧力算出部を備えていることが好ましい。圧力算出部は、例えば、ゲート電圧Vg及びドレイン電流I(PX)と電流−圧力換算テーブルとに基づいて圧力PXの大きさを算出する。圧力算出部は、例えば、CPU(中央処理装置)、各種メモリにより構成される情報記憶装置等を用いて構成することができる。この種の演算機構もよく知られているため、ここではこれ以上の説明を省略する。   The pressure sensor 1 preferably further includes a pressure calculation unit that calculates the applied pressure 50 from the measured drain current I (PX). For example, the pressure calculation unit calculates the magnitude of the pressure PX based on the gate voltage Vg, the drain current I (PX), and the current-pressure conversion table. The pressure calculation unit can be configured using, for example, a CPU (Central Processing Unit), an information storage device including various memories, and the like. Since this kind of calculation mechanism is also well known, further explanation is omitted here.

以下、圧力センサ1の変形例について説明する。圧力センサ1では、有機半導体層23と感圧部30との間に空隙が存在する。すなわち、有機圧電体層31は、予め層32の上に形成され、この層32を一方の電極として層の厚さ方向に沿って電圧を印加して分極処理を施し、その後に有機半導体層23上に配置されたものである。感圧層30は、表面電荷30cに起因する静電気力により接着剤等を要することなく有機半導体層23上に固定できる。しかし、これに限らず、有機半導体層23と感圧部30とは互いに密着させてもよい。この場合は、例えば層32の上ではなく有機半導体層23上に有機圧電体層31を形成するとよい。有機半導体層23上に直接形成した有機圧電体層31は、例えば、層31とゲート電極21との間に電圧を印加して分極処理することができる。この場合は、有機圧電体層31の内部に生じる電荷が有機半導体層23に最も近くこの層23に作用する電荷となる。したがって、ゲート電圧と逆の電荷が有機圧電体層31の下方に生じるように分極処理が実施される。ただし、層32の上に有機圧電体層31を予め形成しておく態様は、表面電荷30cを利用できることに加え、有機圧電体層の厚膜化が容易である、分極処理による素子の破壊を容易に防止できる、溶液プロセスによる成膜に適している、等からも有利である。   Hereinafter, modifications of the pressure sensor 1 will be described. In the pressure sensor 1, there is a gap between the organic semiconductor layer 23 and the pressure sensitive part 30. That is, the organic piezoelectric layer 31 is formed on the layer 32 in advance, and the layer 32 is used as one electrode to apply a voltage along the thickness direction of the layer, followed by polarization treatment, and then the organic semiconductor layer 23. It is arranged above. The pressure-sensitive layer 30 can be fixed on the organic semiconductor layer 23 without requiring an adhesive or the like due to electrostatic force caused by the surface charge 30c. However, the present invention is not limited thereto, and the organic semiconductor layer 23 and the pressure sensitive part 30 may be in close contact with each other. In this case, for example, the organic piezoelectric layer 31 may be formed not on the layer 32 but on the organic semiconductor layer 23. For example, the organic piezoelectric layer 31 directly formed on the organic semiconductor layer 23 can be polarized by applying a voltage between the layer 31 and the gate electrode 21. In this case, the charge generated in the organic piezoelectric layer 31 is closest to the organic semiconductor layer 23 and becomes a charge acting on the layer 23. Therefore, the polarization process is performed so that a charge opposite to the gate voltage is generated below the organic piezoelectric layer 31. However, in the aspect in which the organic piezoelectric layer 31 is formed in advance on the layer 32, the surface charge 30c can be used, and the organic piezoelectric layer can be easily thickened. It is advantageous because it can be easily prevented and is suitable for film formation by a solution process.

また、有機電界効果トランジスタ(OFET)20は、いわゆるボトムゲート・ボトムコンタクト構造を有している。しかし、これに限らず、トップゲート型やトップコンタクト型のOFETを用いてもよい。トップゲート型のOFETを用いる場合は、基板とOFETとの間に感圧部を配置することになる。ただし、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造のOFETを用いる態様は、有機圧電体層31とソース・ドレイン電極24、25との直接接触を確実に防ぐことができる点で有利である。   The organic field effect transistor (OFET) 20 has a so-called bottom gate / bottom contact structure. However, the present invention is not limited to this, and a top gate type or top contact type OFET may be used. When a top gate type OFET is used, a pressure sensitive part is disposed between the substrate and the OFET. However, the embodiment using the bottom gate / bottom contact structure OFET is advantageous in that the direct contact between the organic piezoelectric layer 31 and the source / drain electrodes 24 and 25 can be surely prevented.

圧力センサ1を構成する各部材の材料を以下に例示する。基板10としては、樹脂、セラミックス、ガラス、半導体等を用いればよい。圧力センサ1に柔軟性が要求される場合は、基板10にも可撓性に優れた材料を使用することが好ましい。電極21、24、25は、各種金属、半導体を用いて形成すればよいが、金属材料がより適している。ゲート絶縁膜22は、酸化物に代表される無機絶縁材料により形成してもよいが、各種樹脂等の有機材料の使用が好ましい。好ましい有機絶縁材料の一例は後述するPVCである。圧力測定時に接地される層32には、半導体、金属の使用が適している。有機半導体層23及び有機圧電体層31には、それぞれ無機半導体及び無機圧電体よりも柔軟性に優れた有機半導体材料及び有機圧電体材料の使用が適している。   The material of each member which comprises the pressure sensor 1 is illustrated below. As the substrate 10, resin, ceramics, glass, semiconductor, or the like may be used. When the pressure sensor 1 is required to have flexibility, it is preferable to use a material having excellent flexibility for the substrate 10 as well. The electrodes 21, 24, and 25 may be formed using various metals and semiconductors, but a metal material is more suitable. The gate insulating film 22 may be formed of an inorganic insulating material typified by an oxide, but it is preferable to use organic materials such as various resins. An example of a preferable organic insulating material is PVC described later. For the layer 32 to be grounded at the time of pressure measurement, use of a semiconductor or metal is suitable. For the organic semiconductor layer 23 and the organic piezoelectric layer 31, it is suitable to use an organic semiconductor material and an organic piezoelectric material that are more flexible than the inorganic semiconductor and the inorganic piezoelectric body, respectively.

有機半導体層23を形成するための有機半導体材料は、n型であってもp型であってもよい。有機半導体材料は、例えば、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPS−ペンタセン)、テトラメチルペンタセン、パーフルオロペンタセン等のペンタセン類、TES−ADT、diF−TES−ADT(2,8−ジフルオロ−5,11−ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン)等のアントラジチオフェン類、DPh−BTBT、Cn−BTBT等のベンゾチエノベンゾチオフェン類、Cn−DNTT等のジナフトチエノチオフェン類、ペリキサンテノキサンテン等のジオキサアンタントレン類、ルブレン類、C60、PCBM等のフラーレン類、銅フタロシアニン、フッ素化銅フタロシアニン等のフタロシアニン類、P3RT、PQT、P3HT、PQT等のポリチオフェン類、ポリ[2,5−ビス(3−ドデシルチオフェン−2−イル)チエノ[3,2−b]チオフェン](PBTTT)等のポリチエノチオフェン類であり、好ましい有機半導体材料の一例はTIPS−ペンタセンである。有機圧電体層31を形成するための有機圧電体材料は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体(P(VDF-TrFE))であり、好ましい有機圧電体材料はP(VDF-TrFE)である。   The organic semiconductor material for forming the organic semiconductor layer 23 may be n-type or p-type. Organic semiconductor materials include, for example, pentacenes such as 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene), tetramethylpentacene, perfluoropentacene, TES-ADT, diF-TES-ADT (2,8 Anthradithiophenes such as -difluoro-5,11-bis (triethylsilylethynyl) anthradithiophene), benzothienobenzothiophenes such as DPh-BTBT and Cn-BTBT, and dinaphthothienothiophenes such as Cn-DNTT, Dioxaanthanthrenes such as perixanthenoxanthene, rubrenes, fullerenes such as C60 and PCBM, phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorinated copper phthalocyanine, polythiophenes such as P3RT, PQT, P3HT and PQT, poly [ A 5- bis (3-dodecyl-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene] polythienothiophenes such as (PBTTT), an example of a preferred organic semiconductor material is TIPS- pentacene. The organic piezoelectric material for forming the organic piezoelectric layer 31 is polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-TrFE)), and a preferable organic piezoelectric material is P (VDF-TrFE).

以下、圧力センサの作製例を示す。まず、基板10として用意したガラス基板上にゲート電極21として厚さ30nmのAl膜を真空蒸着し、次いでゲート絶縁膜22として厚さ320nmのPVC(Poly(vinyl cinamate))膜をスピンコートし、紫外線照射によって架橋した。引き続きソース電極24及びドレイン電極25として厚さ50nmのAg膜を真空蒸着し、ペンタフルオロチオフェノール(Pentafluorothiophenol)のエタノール溶液に浸して表面修飾した。さらに厚さ100nmのTIPS−ペンタセン(6,13−bis(triisopropyl−silylethynyl)pentacene)とポリスチレン(PS)の混合半導体層をスピンコートにより成膜して有機半導体層23を形成し、有機電界効果トランジスタ(OFET)を作製した。   Hereinafter, an example of manufacturing a pressure sensor will be described. First, an Al film having a thickness of 30 nm is vacuum-deposited as a gate electrode 21 on a glass substrate prepared as the substrate 10, and then a PVC (Poly (vinyl cinnamate)) film having a thickness of 320 nm is spin-coated as a gate insulating film 22. Crosslinked by UV irradiation. Subsequently, an Ag film having a thickness of 50 nm was vacuum-deposited as the source electrode 24 and the drain electrode 25, and the surface was modified by dipping in an ethanol solution of pentafluorothiophenol (Pentafluorothiophenol). Further, a mixed semiconductor layer of TIPS-pentacene (6,13-bis (triisopropyl-silylethylenyl) pentacene) and polystyrene (PS) having a thickness of 100 nm is formed by spin coating to form an organic semiconductor layer 23, and an organic field effect transistor (OFET) was produced.

感圧部30はOFET20とは別に作製した。具体的には、シリコン基板32上に厚さ8μmのポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体(P(VDF-TrFE))膜をブレードコーティングして有機圧電体層31とし、コンタクトポーリングによって分極した。コンタクトポーリングの電圧は1kVとした。次いで感圧部30の圧電体膜31側をOFET20の上に載置し、圧力センサとした。   The pressure sensitive part 30 was produced separately from the OFET 20. Specifically, a polyvinylidene fluoride trifluoride ethylene copolymer (P (VDF-TrFE)) film having a thickness of 8 μm is blade-coated on a silicon substrate 32 to form an organic piezoelectric layer 31, which is polarized by contact poling. . The contact polling voltage was 1 kV. Next, the piezoelectric film 31 side of the pressure sensitive unit 30 was placed on the OFET 20 to form a pressure sensor.

以上の工程により作製した圧力センサ1について、ドレイン電圧として−5V、ゲート電圧として−1.8Vを印加し、感圧部30のシリコン基板32を接地した状態で感圧部30にその直上から応力50を印加し、ドレイン電流Idを測定した。応力は、0kPaから400kPaまで100kPaずつ増加させた。得られた結果を図7に示す。また圧力応答性を測定した結果を図8に示す。   With respect to the pressure sensor 1 manufactured by the above process, −5V is applied as the drain voltage and −1.8V is applied as the gate voltage, and the silicon substrate 32 of the pressure-sensitive part 30 is grounded to the pressure-sensitive part 30 from above. 50 was applied and the drain current Id was measured. The stress was increased by 100 kPa from 0 kPa to 400 kPa. The obtained results are shown in FIG. Moreover, the result of having measured pressure responsiveness is shown in FIG.

図7から理解できるように、ゲート電圧Vgとして印加した電圧(−1.8V)は、作製した圧力センサ1を用いて400kPa程度の圧力を測定可能最大圧力とする場合に適切な値である。測定可能最大圧力がこれよりも小さい場合、適切なゲート電圧Vgの絶対値はより小さくてよいことも理解できる。例えば、100kPaを測定可能最大圧力とする場合に適切なゲート電圧Vgは−1.4V程度である。この場合、100kPaの圧力の印加により、ドレイン電流Id(P100)は、圧力を印加しない状態のドレイン電流Id(P0)の0.1倍以下の値にまで低下する。   As can be understood from FIG. 7, the voltage (−1.8 V) applied as the gate voltage Vg is an appropriate value when the pressure of about 400 kPa is set as the maximum measurable pressure using the manufactured pressure sensor 1. It can also be seen that if the maximum measurable pressure is less than this, the absolute value of the appropriate gate voltage Vg may be smaller. For example, when the maximum pressure that can be measured is 100 kPa, an appropriate gate voltage Vg is about −1.4V. In this case, by applying a pressure of 100 kPa, the drain current Id (P100) is reduced to a value not more than 0.1 times the drain current Id (P0) in a state where no pressure is applied.

図8に示したように、作製した圧力センサ1のドレイン電流Idの圧力応答性は十分に迅速であり、測定値に再現性があった。   As shown in FIG. 8, the pressure responsiveness of the drain current Id of the manufactured pressure sensor 1 was sufficiently rapid, and the measured values were reproducible.

1 圧力センサ
10 基板
20 有機電界効果トランジスタ
21 ゲート電極
22 ゲート絶縁膜
23 有機半導体層
24 ソース電極
25 ドレイン電極
30 感圧部
30c 感圧部の表面電荷(有機半導体層に最も近い電荷)
30s 感圧部の表面
31 有機圧電体層
32 (接地された)層
41、42 電源
1 Pressure Sensor 10 Substrate 20 Organic Field Effect Transistor 21 Gate Electrode 22 Gate Insulating Film 23 Organic Semiconductor Layer 24 Source Electrode 25 Drain Electrode 30 Pressure Sensitive Part 30c Surface Charge of Pressure Sensitive Part (Charge Closest to Organic Semiconductor Layer)
30 s Pressure-sensitive part surface 31 Organic piezoelectric layer 32 (grounded) layer 41, 42 Power supply

Claims (10)

ゲート電極、ゲート絶縁膜、及び有機半導体層がこの順に積層された積層体を有する有機電界効果トランジスタと、
有機圧電体層を有し、前記有機半導体層から見て前記ゲート絶縁膜と反対側に配置された感圧部と、
前記ゲート電極にゲート電圧Vgを印加するために前記ゲート電極に接続された電源と、を備え、
検出するべき圧力が前記感圧部に印加されて前記有機圧電体層がその厚さ方向に圧縮されることにより前記感圧部に蓄積される前記有機半導体層に最も近い電荷が前記ゲート電圧Vgと正負の符号が逆になるように、前記有機圧電体層に含まれる有機圧電体が分極処理されている、
圧力センサ。
An organic field effect transistor having a laminate in which a gate electrode, a gate insulating film, and an organic semiconductor layer are laminated in this order;
A pressure-sensitive portion having an organic piezoelectric layer and disposed on the side opposite to the gate insulating film as viewed from the organic semiconductor layer;
A power source connected to the gate electrode to apply a gate voltage Vg to the gate electrode,
When the pressure to be detected is applied to the pressure sensitive part and the organic piezoelectric layer is compressed in the thickness direction, the charge closest to the organic semiconductor layer accumulated in the pressure sensitive part is the gate voltage Vg. The organic piezoelectric body included in the organic piezoelectric layer is polarized so that the positive and negative signs are reversed.
Pressure sensor.
前記圧力が印加された状態で前記ゲート電圧Vgを印加することによって前記有機半導体層内を流れる電流I(PX)が、前記圧力が印加されていない状態で前記ゲート電圧Vgを印加することによって前記有機半導体層内を流れる電流I(P0)よりも小さい、請求項1に記載の圧力センサ。   By applying the gate voltage Vg in a state where the pressure is applied, a current I (PX) flowing in the organic semiconductor layer is applied by applying the gate voltage Vg in a state where the pressure is not applied. The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensor is smaller than a current I (P 0) flowing through the organic semiconductor layer. 前記圧力が100kPaであるときの前記電流I(P100)が前記電流I(P0)の0.1倍以下である、請求項2に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 2, wherein the current I (P100) when the pressure is 100 kPa is 0.1 times or less of the current I (P0). 前記圧力が300kPaであるときの前記電流I(P300)が前記電流I(P0)の0.01倍以下である、請求項2に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 2, wherein the current I (P300) when the pressure is 300 kPa is 0.01 times or less of the current I (P0). 前記圧力を測定するために設定された圧力測定範囲の最大値PMAXが印加されたときの前記電流I(PMAX)が前記電流I(P0)の50%以下となるように前記ゲート電圧Vgが設定されている、請求項2〜4のいずれか1項に記載の圧力センサ。   The gate voltage Vg is set so that the current I (PMAX) when the maximum value PMAX of the pressure measurement range set for measuring the pressure is applied is 50% or less of the current I (P0). The pressure sensor according to claim 2, wherein the pressure sensor is provided. 前記圧力を測定するために設定された圧力測定範囲に基づいて前記ゲート電圧Vgを設定するゲート電圧設定部と、前記ゲート電圧設定部により定められた前記ゲート電圧Vgと前記電流I(PX)とから前記圧力の値を算出する圧力算出部と、をさらに備えた、請求項2〜5のいずれか1項に記載の圧力センサ。   A gate voltage setting unit for setting the gate voltage Vg based on a pressure measurement range set for measuring the pressure; the gate voltage Vg and the current I (PX) determined by the gate voltage setting unit; The pressure sensor according to any one of claims 2 to 5, further comprising a pressure calculation unit that calculates a value of the pressure from the pressure sensor. 前記ゲート電圧Vgの絶対値が5V以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein an absolute value of the gate voltage Vg is 5 V or less. 前記電荷は、前記感圧部の表面に蓄積された表面電荷である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 1, wherein the charge is a surface charge accumulated on a surface of the pressure-sensitive portion. 前記感圧部の前記表面は、前記有機半導体層と前記感圧部との間の空隙に接している、請求項8に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 8, wherein the surface of the pressure sensitive part is in contact with a gap between the organic semiconductor layer and the pressure sensitive part. 前記感圧部は、前記有機圧電体層に接し、かつ接地された層をさらに備えた、請求項1〜9のいずれか1項に記載の圧力センサ。   The pressure sensor according to claim 1, wherein the pressure sensitive part further includes a layer that is in contact with the organic piezoelectric layer and is grounded.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190114249A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 포항공과대학교 산학협력단 Pressure sensor based on thin film transistor and method for manufacturing the same
KR20210103321A (en) * 2020-02-13 2021-08-23 연세대학교 산학협력단 Pressure sensing memory transistor
CN116546873A (en) * 2023-07-06 2023-08-04 之江实验室 Composite thin film transistor pressure sensor and manufacturing method thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190114249A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 포항공과대학교 산학협력단 Pressure sensor based on thin film transistor and method for manufacturing the same
KR102040887B1 (en) * 2018-03-29 2019-11-05 포항공과대학교 산학협력단 Pressure sensor based on thin film transistor and method for manufacturing the same
US10978595B2 (en) 2018-03-29 2021-04-13 Center For Advanced Soft Electronics Thin-film transistor-based pressure sensor and method of manufacturing same
KR20210103321A (en) * 2020-02-13 2021-08-23 연세대학교 산학협력단 Pressure sensing memory transistor
KR102320950B1 (en) * 2020-02-13 2021-11-02 연세대학교 산학협력단 Pressure sensing memory transistor
CN116546873A (en) * 2023-07-06 2023-08-04 之江实验室 Composite thin film transistor pressure sensor and manufacturing method thereof
CN116546873B (en) * 2023-07-06 2023-09-19 之江实验室 Composite thin film transistor pressure sensor and manufacturing method thereof

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