プレスリリース

2007年3月20日

国立大学法人 奈良先端科学技術大学院大学
松下電器産業株式会社

世界初*、バイオの力で高品質シリコン薄膜を
わずか数秒で作製することに成功

〜ユビキタスコンピューティングの実現に道。
LSIレベルに近いトランジスタが柔軟な基板上に〜


*)2007年3月20日現在、当大学および当社調べ

【要旨】

 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科の冬木 隆 教授、浦岡行治 助教授らの研究グループと松下電器産業株式会社(本社:大阪府門真市、代表取締役社長:大坪文雄)は共同で、タンパクを吸着させたシリコンに対し、5-6秒程度加熱処理することによりシリコン薄膜を得る、世界初のバイオテクノロジーを利用した短時間シリコン薄膜作製技術を開発しました。

【効果】

 本技術は、薄膜トランジスタと呼ばれる高性能なスイッチの機能を持つ装置を実現するために、重要なものです。これまでのシリコン薄膜作製技術では高温の熱処理のみにより作製していましたが、均一性などの問題があり作製までに20時間もかかっていました。しかし、今回の成果では、バイオの技術を使い、ニッケルをタンパク質に包んでシリコン半導体上に吸着させ、ニッケルの触媒効果によりシリコンの結晶をつくったうえ、5-6秒程度の短時間の加熱で均一に薄膜化し、高品質のスイッチができるようになりました。さらにプラスチックなどフレキシブルなフィルムを用いることにより、安価な薄膜トランジスタが作製できるようになり、画面とコンピュータが一体化したシート状のコンピュータやメガネなどの代わりに身につけたコンピュータ(ウェアラブルコンピュータ)など幅広い応用が期待することができ、高度なユビキタス社会実現に貢献します。

【特長】

  1. 熱処理時間を20時間から、約12000分の1の数秒に短縮。
  2. 基板上でのタンパクの吸着位置を制御する技術により、トランジスタの性能に悪影響を与える結晶粒界(結晶の境界)の位置が制御可能。これにより、動作周波数が高い、高性能トランジスタの実現を加速。
  3. 薄膜の品質が高いので演算機能などを搭載したシートコンピュータが作製可能。
  4. 触媒に使用したタンパク質(フェリチン)内部のニッケルは、タンパク質一分子あたりナノメートルサイズであるため、金属不純物が従来技術より一桁少なく、その結果、リークするオフ電流が少ないので、省エネルギー化を実現。
  5. LSIプロセスと違って比較的低温でできるので、ガラスやフレキシブルな基板の上に作製可能。

 以上の成果により、ユビキタスコンピューティングの実現に道を開き、LSIレベルに近い性能をもつトランジスタをガラス基板上に実現できる可能性が高まりました。今後、奈良先端大は、松下電器において合成されるニッケル内包タンパクを吸着させたシリコン薄膜の結晶化を行い、その動作を確認した上で、高性能薄膜トランジスタ回路の作製を行う予定です。

【備考】

 本研究成果は、2007年3月27日の第54回応用物理学関係連合講演会で発表予定です。
 また、この研究は文部科学省リーディングプロジェクトとして実施しました。

【背景】

 近年、プラスチック基板やガラス基板の上に、記憶演算機能を搭載したシートコンピュータなどの電子デバイスの実現に大きな関心が寄せられています。しかし、高温度の熱処理に耐えられないガラス基板の上に結晶性の高いシリコン薄膜を作製することが大きな課題となっています。

シートコンピュータ

【シリコン薄膜作製方法の概要】

 非晶質のシリコン薄膜の上にフェリチンタンパクを吸着させ、UV(紫外線)処理、700℃程度の温度で瞬間熱処理することにより、粒径10μmの結晶を作製することに成功しました。結晶の粒の大きさも業界最高レベルです。

タンパクを使った結晶化技術
結晶化したシリコン薄膜基板
(a) 瞬間熱処理
(5秒)
(b) 従来技術
(20時間)
シリコン基板上のフェリチンタンパクの電子顕微鏡写真

 また、タンパク表面がマイナスに帯電している性質を利用すると、シリコン薄膜を更にデバイス作製に利用しやすい状態にすることが可能です。まず、あらかじめ基板表面の決められた場所にプラスに帯電した領域を等間隔で形成しておきます。すると、タンパク質は基板上の帯電した場所に引き寄せられ、等間隔に並んで吸着します。以後、UV処理、瞬間熱処理することにより、結晶の粒の大きさだけでなく、その場所も整然と並んだシリコン薄膜が形成できます。このようにタンパクの吸着位置を制御する技術を用いることにより、トランジスタの性能に悪影響を与える結晶粒界をトランジスタ形成場所から取り除くことができます。したがって、動作周波数の高い、高性能のトランジスタの実現が可能となりました。

基板上に等間隔に並べたフェリチンタンパクの電子顕微鏡写真
結晶が規則的に並んだシリコン薄膜

【用語参考】

フェリチン
 外形12ナノメートル、内径7ナノメートルの籠状タンパクの一つで、哺乳類のもっているタンパクです。生体内では鉄を貯蔵しますが、様々な無機化合物を内部に形成させることもできます。

【本プレスリリースに関するお問い合わせ先】

○奈良先端科学技術大学院大学  物質創成科学研究科
  微細素子科学講座  浦岡行治
  TEL 0743-72-6071、FAX 0743-72-6078、携帯 090-5136-5094
  Email uraoka@ms.naist.jp

○松下電器産業(株)コーポレートR&D戦略室
  戦略企画第一G  広報・IRチーム  下田平しもだいら 恵
  TEL 06-6906-4819