ナノテクがLSI，発光素子，MEMSを変える ―― nano tech 2009レポート

●ナノ粒子で有機LEDの発光強度を高める

　東芝は，微小な粒子（ナノ粒子）を使って有機EL（OLED）の発光強度を1.6倍に高める技術について展示を行った（写真9）．有機ELは基板，反射層，下部電極層，有機発光層，上部電極層で構成される．有機発光層の光を上部電極層から外部に取り出す仕組みである．ところが上部電極層と反射層の間で光が全反射してしまい，発光強度（外部に取り出せた光の強度）があまり上がらないという問題があった．そこでナノ粒子を使い，反射層と下部電極層の間に回折格子を形成した．回折格子で光が散乱されるので，発光強度が高まる．試作した緑色有機ELでは，全光束で発光強度を1.6倍，ピーク波長では2倍に高めることができた．

[写真9] 有機EL（OLED）で光を取り出す原理

　ナノ粒子にはコロイダル・シリカを使った．コロイダル・シリカは半導体製造の平坦化工程（CMP工程）で大量に使われており，安価に入手できる．直径100mm（4インチ）の二酸化シリコン・ウェハに接着剤をスピンコートし，コロイダル・シリカを堆積させて単層だけ残す．このときコロイダル・シリカは，ほぼ整然と2次元マトリクス状に整列する．ごく一部に欠陥が入るものの，実用上は問題にならないという．このコロイダル・シリカをマスクにウェハを加工すると，回折格子（周期的な凹凸）を形成できる（写真10）．

[写真10] ナノ粒子で回折格子を作製する工程

　また東芝は，圧電MEMS技術による容量可変の超小型キャパシタを試作し，実物を展示した（写真11）．圧電材料は窒化アルミニウム（AlN）．AlN薄膜によるカンチレバ・タイプのアクチュエータを作製し，下部基板との間で静電容量を形成する．アクチュエータを動かすことで静電容量が変化し，約3倍まで容量を変えられるという．この技術を利用すると，CMOS LSIに容量可変のキャパシタを集積できる．

[写真11] 圧電MEMS技術による容量可変キャパシタ

　展示ブースでは試作したキャパシタを光学顕微鏡で観察するセットを組み，アクチュエータが動く様子を来場者に披露していた（写真12）．

[写真12] 容量可変キャパシタの模型

4枚のカンチレバで構成する．中央の2枚の右端が浮いており，下部電極との間でキャパシタを形成している．両端の2枚はカンチレバの反りをキャンセルするために存在する．