Advantages

- プロセス温度の大幅な低温化: 500℃未満の熱処理で製膜可能なため、ガラスやプラスチック、既存のLSIチップ上へのダメージレスな直接成膜が可能
- 従来比で圧倒的な高移動度の実現: 独自の温度制御プロセスにより約5μmの大粒径化を達成し、従来のガラス上ゲルマニウム（Ge）を凌駕する正孔移動度（最大380 cm^2/Vs）を実現。さらに金属を用いた粒界制御技術により、最大690 cm^2/Vsの圧倒的な高移動度も記録
- 世界初のフレキシブルGe-CMOS動作実証済み: プラスチック上でp/nチャネルTFTを形成し、CMOS論理回路の動作実証に成功

Background and Technology

次世代の折り畳みスマホやスマートグラス等のフレキシブル情報端末を実現するためには、プラスチック等のシート状基板に論理回路を直接実装する必要がある。そして、キャリア移動度が低いシリコンに変わって、高度で高速な情報処理を可能とするゲルマニウム（Ge）の利用が期待されている。筑波大学数理物質系の都甲薫教授らのグループは、高移動度かつ結晶化温度が比較的低いゲルマニウム（Ge）を使ったTFT（薄膜トランジスタ）の開発を目指している。
都甲教授の研究は大きな発展を遂げている。成膜時に温度を緻密に制御する独自の低温固相成長プロセスを開発し、プラスチック基板が耐えうる低温（375℃～）でありながら、巨大な結晶粒（約5μm）を持つ超高品質な多結晶Ge薄膜を形成することに成功した。これは、耐熱性の低いプラスチック（約400℃上限）上でGeを成膜すると粒界や欠陥が生じ、移動度が著しく劣化するという従来の課題を解決する。
さらに、プラスチック上でp/nチャネルTFTを形成し、世界初となるプラスチックフィルム上でのフレキシブルGe-CMOS論理回路の安定動作を実証した。従来、論理回路に必須である、pチャネルとnチャネルを隣り合わせて同一基板上に形成することが困難とされたが、これを克服したのだ。
本技術は、次世代フレキシブル情報端末（折り畳みスマホ、スマートグラス等）のCMOSのみならず、近赤外線センサ、透明ディスプレイ、ならびにそれらに搭載されるメモリ、CPUなど広く活用が期待される。
より詳しくは、NEDO「未踏チャレンジ2050」の報告動画　https://youtu.be/dquX5ABunEk　をご覧ください。

Current Stage and Key Data

【Current Stage】
・プラスチックフィルム上において、超高品質形成と電子・正孔移動度の最高値を更新する多結晶p/nチャネルGe-TFTの開発に成功。
・多結晶Ge-CMOS論理回路（インバータ）の世界初動作を実証済み

【Next Steps】
・フレキシブルGe系CMOSのさらなる高性能化および商用化に向けた実証。

【Key Data】
・基板温度を125℃に設定してガラス基板上に非晶質Geを堆積し、375～450℃で加熱処理した結果、結晶粒径が約5μmに大粒径化し、正孔移動度340 cm^2/Vs（厚さ300nm時は380 cm^2/Vs）を達成した。
・金属添加による粒界制御を組み合わせた検証では、正孔移動度690 cm^2/Vsという劇的な高品質化を実現した。
・耐熱ポリイミドフィルム上において、本技術を用いた多結晶Ge-CMOSインバータ回路を作製し、世界初となるフレキシブル環境下での安定した反転増幅動作を確かめた。

Partnering Model

筑波大学では、フレキシブルGe系CMOSの実用化に向け、次世代デバイスを模索されている半導体開発企業様との共同開発を希望いたします。発明者との面談も可能ですので、お気軽にお問い合わせください。

Principal Investigator

都甲 薫 教授　（筑波大学 数理物質系）

Patents and Publications

- 特許第6985711号
- Moto K et al., Adv. Electron. Mater. 11, 2400901 (2025).　 https://doi.org/10.1002/aelm.202400901
- Toko K et al., Appl. Phys. Rev. 12, 031318 (2025).
他、関連論文多数掲載