高性能p型フィールド効果トランジスタ：2次元材料の置換ドーピングと厚さ制御 学術的背景 半導体技術の進展に伴い、シリコン基フィールド効果トランジスタ（FET）はパフォーマンスの限界に近づいています。このボトルネックを克服するため、研究者たちはシリコンの代替として2次元（2D）材料の可能性を模索しています。モリブデン二硫化物（MoS₂）、モリブデン二セレン化物（MoSe₂）、およびタングステン二セレン化物（WSe₂）といった2D遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）は、原子レベルで平滑で欠陥のない表面や優れた電子特性により注目されています。しかしながら、n型2D FETでは著しい進歩が見られる一方、p型2D FETの開発は遅れています。これは主に、金属-2D材料の界面におけるフェルミ準位ピン止め効...

高度量子閉じ込め下での垂直ナノワイヤ・ヘテロ接合トンネルトランジスタによる高性能・低エネルギー電子デバイスの新たなブレークスルー 学術背景 データ集約型計算や人工知能の急速な発展により、電子デバイスのエネルギー効率に対するさらなる高い要求が生じています。しかし、従来のシリコンベースのコンプリメンタリ金属酸化膜半導体（CMOS）技術は、物理的限界により、理想的な性能と消費電力のバランスを実現するためのさらなるサイズ縮小が困難です。これらの制約には、短チャネル効果やソース・ドレイン間の直接トンネル効果による最小ゲート長の制限、またフェルミ・ディラック（Fermi-Dirac）電子統計に由来する60 mV/decのサブスレッショルドスイング（Subthreshold Swing, SS）熱限界、い...

ウェアラブル単一トランスデューサーによるエコーマイオグラフィーシステムの革新：筋肉動態監視から複雑なジェスチャー追跡まで 学術的背景と研究の意義 近年では、ウェアラブル電子デバイスが健康モニタリングおよびヒューマンマシンインタラクション分野において大きな可能性を持つとして注目を集めています。その中でも、筋活動を測定する技術として表面筋電図（Electromyography, EMG）が研究のホットトピックとなっています。しかし、EMG信号には多くの制約があります。信号強度が弱く不安定で、空間分解能が低い上、信号対雑音比（SNR）が低いです。その偶発性や同期性の低さが測定結果の不一致につながり、特定の筋線維の寄与を効果的に分離することが困難です。また、信号質を改善するために利用される大型の電極...

刺繍形式の超材料バイオセンサー：運動環境における非接触型生体信号モニタリング 近年、スマートカー、航空安全、健康モニタリングの需要が増加する中で、さまざまなセンサー技術が急速に発展しています。しかし、特に動的な環境で生理信号を測定する場合、従来型センサー技術には、信号干渉や振動の影響、プライバシー問題など、多くの課題があります。この課題に対処するために、本研究はデジタル刺繍によって製造された超材料バイオセンサーを提案し、運動環境下でも高品質な心肺信号を非接触で取得できる新しいアプローチを提供しました。 背景と動機 統計データによると、アメリカだけで毎年10万件以上の交通事故が、ドライバーの疲労や注意散漫などの要因によって引き起こされています。これを減少させるために、自動車用バイオセンサーは、...

二次元ヴァン・デル・ワールス金属陰極を用いたアナログスイッチングメモリスタの研究 学術的背景 人工知能（AI）アプリケーションが急速に発展している中で、従来のフォン・ノイマンアーキテクチャは、データ集約型計算タスクにおいて性能の限界に達しようとしています。ニューロモルフィックコンピューティング（neuromorphic computing）は、データ集約型タスクをより高速かつ効率的に処理できる新興の計算パラダイムとして注目されています。この分野では、メモリスタ（memristor）はメモリ内計算やアナログ計算を実現できるため注目されています。特に、複数の導電状態を持つアナログメモリスタは、ニューロモルフィックコンピューティングの効率を大幅に向上させることができます。しかしながら、従来のアナロ...

挿入層遷移金属ジカルコゲニドに基づく高生成率での効率低下が抑えられた発光ダイオード（LEDs）の研究 背景と研究意義 近年、2次元（2D）材料を基盤とした発光ダイオード（LEDs）は、ディスプレイ技術、光通信、ナノ光源などの分野で注目を集めています。しかし、2D材料の強い量子閉じ込め効果と減少した誘電体遮蔽効果により、高生成率下では2D材料LEDに「効率低下」（Efficiency Roll-Off, ERO）が生じる課題が存在します。この現象は主に励起子-励起子消滅（Exciton-Exciton Annihilation, EEA）プロセスに起因します。このプロセスは、ある励起子が別の励起子を非放射的に解離させ、エネルギーを放出するオージェ再結合（Auger recombination）...

柔性エレクトロニクスにおける液体金属マイクロドロップの迅速な三次元組立と電気的接続の研究 はじめに：研究背景と意義 柔軟な電子技術がソフトロボティクス、ウェアラブルデバイス、柔軟ディスプレイなどの分野で広く応用される中、柔軟で伸縮可能な回路間の層間電気接続を実現する方法が、この分野の重要な課題の一つとなっています。従来の硬質電子デバイスでは、化学やプラズマエッチングなどの成熟した技術により、シリコンウェハ上でミクロンからナノメートルレベルの貫通孔（ビア）が作製されています。しかし、柔軟な電子分野において、この方法には流動性材料の粘度や機械的性能の不整合、また孔埋めプロセスの非効率性や複雑さといった問題があります。特に、柔軟デバイスの機械的動特性により、従来の硬質導体で作製された貫通孔は応力集...

CMOS互換のひずみ工学を単層半導体トランジスタに適用 学術的背景 半導体技術の進化に伴い、2次元（2D）材料はその原子レベルの薄さから、高密度・低電力の電子デバイスにおいて大きな可能性を示しています。特に、二硫化モリブデン（MoS₂）などの遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDs）は、優れた電気的特性から、将来のトランジスタチャネル材料として期待されています。しかし、2D材料が実験室レベルで優れた性能を示す一方で、既存のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）技術との互換性をどのように実現するかは、依然として大きな課題です。 ひずみ工学（Strain Engineering）は、現代のシリコンベースの電子デバイスにおいて重要な役割を果たしてきました。1990年代に導入されて以来、ひずみ工学は材料のバ...

高音圧圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサの研究進展 学術的背景 超音波トランスデューサは、物体検出、非破壊検査、生体医学的イメージング、治療などの分野で広く使用されています。従来のバルク超音波トランスデューサと比較して、圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサ（PMUT）は、小型化、低消費電力、広帯域幅などの利点があり、消費電子機器やIoT（モノのインターネット）における測距、ジェスチャー認識、指紋センシング、3Dイメージングなどのアプリケーションに適しています。しかし、これらの小型センサーは出力圧力が比較的低く、さまざまなアプリケーションでの信号伝送が制限されています。例えば、最先端の窒化アルミニウム（AlN）ベースのPMUTアレイは、4メートルの伝送距離しか達成していません...

樹根にインスパイアされたテンプレート制約付き積層印刷による高耐久性コンフォーマル電子デバイスの製造 学術的背景 スマートロボティクス、スマートスキン、統合センシングシステムなどの新興アプリケーションシーンの急速な発展に伴い、自由曲面におけるコンフォーマル電子デバイスの応用が重要となっています。しかし、既存のコンフォーマル電子デバイスは、機械的または熱的影響下で容易に破断、断裂、またはクラックが発生し、その応用信頼性が制限されています。この問題を解決するため、研究者は樹根系の力学メカニズムからインスピレーションを得て、高耐久性のコンフォーマル電子デバイスを製造するためのテンプレート制約付き積層印刷（Template-Confined Additive, TCA）技術を提案しました。 論文の出典...