半導体性単層カーボンナノチューブの選択的配向合成技術の開発とデバイス応用

• Project/Area Number: 11J08717
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井ノ上 泰輝 東京大学, 大学院工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 単層カーボンナノチューブ / CVD合成 / 配向合成 / 水晶基板 / 配向制御

Research Abstract

高密度に水平配向した半導体単層カーボンナノチューブ(SWNT)を得てデバイス応用することを目指し, 今年度は以下の研究を行った. まず, 合成時の炭素源供給量の低下により水晶基板上での水平配向SWNTの合成密度が増加するという前年度までの研究内容をまとめ, 査読付国際雑誌へ論文を発表した. これは水平配向SWNTの高密度合成のために重要な知見だといえる. さらに, 合成された水平配向SWNTの構造の詳細な評価を行った, 特にSWNTが一方向に醍列している形態を利用して, SWNT一本毎の構造と長さを対応づけて分析した. 原子間力顕微鏡測定を用いてSWNTの直径と長さの関係を調べ, 直径1.0nm以下の比較的小さいSWNTと比較して直径の大きいSWNTは長く成長することが示された. より詳細にSWNTの構造を分析することで, SWNTの構造選択合成への手がかりが得られる可能性がある. また, 合成されたSWNT中には金属SWNTと半導体SWNTが混在することから, 電界効果トランジスタ(FET)への応用のためには金属SWNTを除去する方法が必要とされている. そこで, SWNTを有機膜で覆った状態で通電加熱することで金属SWNTの燃焼範囲を増大するという新手法を提案した, この方法により, 電極間をつなぐSWNTが全長にわたって除去できることを示した. 一度の処理で大面積に金属SWNTを除去できることから, 多数のFETを効率的に作製できる可能性がある. この手法について特許を出願し, 査読付国際雑誌へ論文を投稿した.

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Effect of Gas Pressure on the Density of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes Grown on Quartz Substrates (2013)
  • Author(s): T. Inoue, D. Hasegawa, S. Badar, S. Aikawa, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 117 Issue: 22 Pages: 11804-11810
  • DOI: 10.1021/jp401681e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temperature dependent thermal conductivity increase of aqueous nanofluid with single walled carbon nanotube inclusions (2012)
  • Author(s): S. Harish, K. Ishikawa, E. Einarsson, S. Aikawa, T. Inoue, P. Zhao, M. Watanabe, S. Chiashi, J. Shiomi, S. Maruyama
  • Journal Title: Materials Express Volume: 2 Issue: 3 Pages: 213-223
  • DOI: 10.1166/mex.2012.1074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on the Singular R-Plane (10-11) of Quartz (2012)
  • Author(s): S.Chiashi, H.Okabe, T.Inoue, I.Shiomi, T.Sato, S.Kono, M.Terasawa, S.Maruyama
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 116 Issue: 12 Pages: 6805-6808
  • DOI: 10.1021/jp210121n
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple Fabrication Technique for Field-Effect Transistor Array Using As-Grown Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): S.Aikawa, E.Einarsson, T.Inoue, R.Xiang, S.Chiashi, J.Shiomi, E.Nishikawa, S.Maruyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 4S Pages: 04DN08-04DN08
  • DOI: 10.1143/jjap.50.04dn08
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Decomposition of Ethanol and Dimethyl Ether During Chemical Vapour Depositiom Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): B.Hou, R.Xiang, T.Inoue, E.Einarsson, S.Chiashi, J.Shiomi, A.Hiyosbi, S.Maruyama
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 50 Issue: 6R Pages: 580-588
  • DOI: 10.1143/jjap.50.065101
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 右機薄膜中ブレイクダウンによる金属単層カーボンナノチューブの広範囲除去 (2014)
  • Author(s): 大塚慶吾, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学, 神奈川
  • Year and Date: 2014-03-19
• [Presentation] チューブ端からの単層CNTのクローニング成長 (2014)
  • Author(s): 海野貴徳, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第46回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学, 東京
  • Year and Date: 2014-03-05
• [Presentation] 半導体単層カーボンナノチューブアレイ作製に向けた有機薄膜中の全長ブレイクダウン (2014)
  • Author(s): 大塚慶吾, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第46回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学, 東京
  • Year and Date: 2014-03-04
• [Presentation] Transport characteristics for nitrogen-doped horizontally aligned single-walled carbon nanotubes (2013)
  • Author(s): S. Kim, T. Thurakitseree, S. Aikawa. T. Inoue. S. Chiashi. S. Maruyama
  • Organizer: 4th A3 Symposium on Emerging Materials : Nanomaterials for Energy and ELectronics
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2013-11-11
• [Presentation] Removal of Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes Using Molecular Glass Thin Films (2013)
  • Author(s): 大塚慶吾, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2013)
  • Place of Presentation: 札幌, 北海道
  • Year and Date: 2013-11-07
• [Presentation] ナノダイヤモンド粒子を触媒としてCVD合成した単層カーボンナノチューブの直径分布 (2013)
  • Author(s): 海野貴徳, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第45回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学, 大阪
  • Year and Date: 2013-08-05
• [Presentation] ラマン分光法による水平配向単層カーポンナノチューブのカイラリティ分析 (2013)
  • Author(s): 井ノ上泰輝, 長谷川大祐, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第45回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学, 大阪
  • Year and Date: 2013-08-05
• [Presentation] Density-controlled CVD growth and Selective Removal by Thermal-lithog raphy for Horizontally-aligned Single-walled Carbon Nanotubes (2013)
  • Author(s): S. Chiashi, T. Inoue, K. Otsuka, D. Hasegawa, S. Badar, S. Mauyama
  • Organizer: NT13 The Fourteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Espoo, Fiuland
  • Year and Date: 2013-06-25
• [Presentation] Structured SWNTs and Graphene for Photovoltaic Devices (2013)
  • Author(s): K. Cui, T. Chiba, T. Thurakitseree, X. Chen, H. Kinoshita, P. Zhao, T. Inoue, E. Einarsson, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Organizer: the 5th International Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON 2013)
  • Place of Presentation: Santa Fe, New Mexico, USA
  • Year and Date: 2013-06-18
• [Presentation] 金属単層カーボンナノチューブの選択的除去に向けたナノ熱リソグラフィ (2013)
  • Author(s): 大塚慶吾, 井ノ上泰輝, 長谷川大祐, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第50回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: ウェスティンホテル仙台, 宮城
  • Year and Date: 2013-05-30
• [Presentation] Micro-Honeycomb Network Structure of Single-Walled Carbon Nanotubes for Heterojunction Solar Cell (2013)
  • Author(s): K. Cui, T. Chiba, H. Kinoshita, P. Zhao, T. Thurakitseree, T. Inoue, E. Einarrson, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Organizer: 223rd ECS Meeting
  • Place of Presentation: Toronto, Canada
  • Year and Date: 2013-05-13
• [Presentation] 分子ガラスを用いた金属性水平配向単層カーボンナノチューブの選択的除去 (2013)
  • Author(s): 井ノ上泰輝, 大塚慶吾, 長谷川大祐, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学, 神奈川
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Micro-Honeycomb Network Structure of Single-Walled Carbon Nanotube Film for Solar Cells (2013)
  • Author(s): K. Cui, 千葉孝昭, 木下英典, P. Zhao, T. Thurakitseree, 井ノ上泰輝, E. Einarsson, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第44回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学, 東京
  • Year and Date: 2013-03-13
• [Presentation] 分子ガラスの熱リソグラフィを用いた金属性単層カーボンナノチューブの選択的除去 (2013)
  • Author(s): 大塚慶吾, 井ノ上泰輝, 長谷川大祐, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第44回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学, 東京
  • Year and Date: 2013-03-12
• [Presentation] 走査型顕微鏡による水晶基板上の水平配向単層カーボンナノチューブの分析 (2013)
  • Author(s): 長谷川大祐, 井ノ上泰輝, 大塚慶吾, S. Badar,千足昇平,丸山茂夫
  • Organizer: 第44回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学, 東京
  • Year and Date: 2013-03-11
• [Presentation] Growth Mechanism of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on R-cut Crystal Quartz Substrates (2012)
  • Author(s): S. Chiashi, T. Inoue, D. Hasegawa, S. Badar, S. Maruyama
  • Organizer: 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (]MNC2012)
  • Place of Presentation: 神戸メリケンパークオリエンタルホテル, 兵庫県
  • Year and Date: 2012-10-31
• [Presentation] Reversible thermal conductivity enhancement of phase change composites with single walled carbon nanotube inclusions (2012)
  • Author(s): S. Harish, K. Ishikawa, T. Inoue, E. Einarsson, S. Chiashi, J. Shiomi, S. Maruyama
  • Organizer: 4th International Conference on Advanced Nano Materials
  • Place of Presentation: Chennai, India
  • Year and Date: 2012-10-17
• [Presentation] Influence of Polymer Coating on Device Properties of Carbon Nanotube Field-Effect Transistors (2012)
  • Author(s): S. Aikawa, T. Inoue, E. Einarsson, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Organizer: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2012)
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館, 京都府
  • Year and Date: 2012-09-26
• [Presentation] Optimization of Single-Walled Carbon Nanotube/Silicon Heterojunction Solar Cells (2012)
  • Author(s): K. Cui, 大宮修一郎, P. Zhao, T. Thurakitseree, 井ノ上泰輝, 相川慎也, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学・松山大学, 愛媛
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] CVD法における単層カーボンナノチューブ合成の触媒としてのナノダイヤモンドの安定性 (2012)
  • Author(s): 海野貴徳, 中村謙太, 井ノ上泰輝, 平松典大, 千足昇平, 本間芳和, 丸山茂夫
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] Switchable thermal conductivity enhancement of phase change composites with single walled carbon nanotube inclusions (2012)
  • Author(s): S. Harish, 石川桂, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 塩見淳一郎, 丸山茂夫
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] 水平配向単層カーボンナノチューブの合成 : 触媒担持法および水晶表面の影響 (2012)
  • Author(s): 井ノ上泰輝, G. Meikle, S. Badar,長谷川大祐, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学, 宮城
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] Raman Imaging Spectroscopy of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on Crystal Quartz (2012)
  • Author(s): S. Badar, 長谷川大祐, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学,宮城
  • Year and Date: 2012-09-05
• [Presentation] Effect of Gas Pressure on Growth Process of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on Quartz Substrates (2012)
  • Author(s): T. Inoue, D. Hasegawa, S. Badar, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Organizer: NT12 Thirteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Brisbane, Australia
  • Year and Date: 2012-06-25
• [Presentation] Fabrication of nanocomposite of vertically-aligned CNTs in PDMS matrix (2012)
  • Author(s): J. H. Cha, S. Chiashi, T. Inoue, J. Shiomi, S. Maruyama
  • Organizer: NT12 Thirteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Brisbane, Australia
  • Year and Date: 2012-06-25
• [Presentation] 水晶表面における水平配向単層カーボンナノチューブの高密度合成 (2012)
  • Author(s): 長谷川大祐, 井ノ上泰輝, S. Badar, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: ナノ学会第10回大会
  • Place of Presentation: 大阪大学, 大阪
  • Year and Date: 2012-06-15
• [Presentation] Gas Pressure Effect on Density of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes Grown on Crystal Quartz Substrates (2012)
  • Author(s): T. Inoue, D. Hasegawa, S. Badar, S. Chiashi, S. Maruyama
  • Organizer: International Symposium on Carbon Nanotube Nanoelectrocics : CNTNE2012
  • Place of Presentation: ホテルルブラ王山, 愛知県
  • Year and Date: 2012-06-12
• [Presentation] Ambipolar Behavior in All-Carbon-Nanotube Field-Effect Transistors by Poly(Vinyl Alcohol) Coating (2012)
  • Author(s): S. Aikawa, T. Inoue, E. Einarsson, T. Thurakitseree, S. Chiashi, S
  • Organizer: International Symposium on Carbon Nanotube Nanoelectrocics : CNTNE2012
  • Place of Presentation: ホテルルブラ王山, 愛知県
  • Year and Date: 2012-06-12
• [Presentation] Density-Controlled Growth of Horizontally Aligned Single-walled Carbon Nanotubes on Crystal Quartz Substrates (2012)
  • Author(s): S, Chiashi, T. Inoue, D. Hasegawa, S. Maruyama
  • Organizer: 2012 MRS Spring Meeting, San Francisco
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2012-04-13
• [Presentation] 光導波路のための高速せん断加工法の開発 (2012)
  • Author(s): 中林良太, 下田誠, 長藤圭介, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫, 濱口哲也, 中尾政之
  • Organizer: 2012年度精密工学会春季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 首都大学東京,東京
  • Year and Date: 2012-03-15
• [Presentation] Enhanced Thermal Conductivity of Water with Surfactant Encapsulated and Individualized Single-Walled Carbon Nanotube Dispersions (2012)
  • Author(s): S.Harish, K.Ishikawa, E.Einarsson, T.Inoue, S.Chiashi, I.Shiomi, S.Maruyama
  • Organizer: 3rd Micro/Nanoscale Heat and Mass Transfer International Conference
  • Place of Presentation: Georgia, USA
  • Year and Date: 2012-03-06
• [Presentation] Structure Controlled Growth of Single-walled Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): S.Chiashi, T.Inoue, N.Hiramatsu, D.Hasegawa, K.Nakamura, S.Maruyama
  • Organizer: 7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena-Science and Engineering-
  • Place of Presentation: Mie, Japan
  • Year and Date: 2011-12-14
• [Presentation] Increasing the Thermal Conductivity of Fluids by adding Single-Walled Carbon Nanotubes encansulated in Sodium Deoxycholate (2011)
  • Author(s): S.Harish, K.Ishikawa, E.Einarsson, T.Inoue, S.Aikawa, P.Zhao, S.Chiashi, J.Shiomi, S.Maruyama
  • Organizer: 7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena-Science and Engineering-
  • Place of Presentation: Mie, Japan
  • Year and Date: 2011-12-12
• [Presentation] CVD gas pressure dependence of horizontally aligned single-walled carbon nanotubes grown on R-cut crystal quartz substrates (2011)
  • Author(s): T.Inoue, D.Hasegawa, S.Badar, S.Chiashi, J.Shiomi, S.Maruyama
  • Organizer: 24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Place of Presentation: Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2011-10-26
• [Presentation] 水晶基板上での高密度水平配向単層カーボンナノチューブの合成 (2011)
  • Author(s): 長谷川大祐, 井ノ上泰輝, Saifullah Badar, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第3回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • Place of Presentation: タワーホール船堀,東京
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] C60からの単層カーボンナノチューブCVD合成 (2011)
  • Author(s): 平松典大, 中村謙太, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 丸山茂夫
  • Organizer: 第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大学東京,東京
  • Year and Date: 2011-09-06
• [Presentation] 水晶基板上での水平配向単層カーボンナノチューブの密度制御合成 (2011)
  • Author(s): 千足昇平, 井ノ上泰輝, 長谷川大祐, 丸山茂夫
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学,山形
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Density Controlled Growth of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on R-cut Crystaly Quartz Substrates (2011)
  • Author(s): T.Inoue, D.Hasegawa, S.Badar, S.Chiashi, J.Shiomi, S.Maruyama
  • Organizer: NT11 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] Flexible, Transparent, and Metal-Free Single-Walled Carbon Nanotube Field-Effect Transistors (2011)
  • Author(s): S.Aikawa, E.Einarsson, T.Inoue, S.Chiashi, J.Shiomi, E.Nishikawa, S.Maruyama
  • Organizer: NT11 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2011-07-11
• [Presentation] Alcohol CVD Growth of Horizontally Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes on R-cut Crystal Quartz Substrates (2011)
  • Author(s): T.Inoue, D.Hasegawa, S.Badar, S.Chiashi, J.Shiomi, S.Maruyama
  • Organizer: The 5th TU-SNU-UT Joint Symposium
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2011-06-07
• [Presentation] 柔軟で透明,金属不要な単層カーボンナノチューブトランジスタ (2011)
  • Author(s): 相川慎也, エリックエイナルソン, 井ノ上泰輝, 千足昇平, 塩見淳一郎, 西川英一, 丸山茂夫
  • Organizer: ナノ学会第9回大会
  • Place of Presentation: 北海道大学,北海道
  • Year and Date: 2011-06-03
• [Presentation] アルコールCVD法による水平配向単層カーボンナノチューブの高密度合成 (2011)
  • Author(s): 井ノ上泰輝, 長谷川大祐, 千足昇平, 塩見淳一郎, 丸山茂夫
  • Organizer: 第48回日本伝熱シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター,岡山
  • Year and Date: 2011-06-02
• [Remarks]
  • URL: http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/index-j.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属型カーボンナノチューブフリーのカーボンナノチューブアレイ及びその製造方法 (2014)
  • Inventor(s): 丸山 茂夫, 千足 昇平, 大塚 慶吾, 井ノ上 泰輝
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人 東京大学, 昭和電工株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-03-01