透明センサーへの応用を目指したグラフェンへの安定なN型ドーピング技術の開発
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21H01911
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
衛 慶碩 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30709564)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沖川 侑揮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50635315)
石原 正統 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (70356450)
桐原 和大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (70392610)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | グラフェン / N型ド ー ピ ン グ / 光塩基発生剤 / 温度センサー / ドーピング / センサー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、紫外光照射時の光塩基発生剤からグラフェンへの電子供与過程の解析を進め、グラフェン上の均一な光塩基発生剤分子のコーティング技術、BN基材上グラフェンへのコーティング技術を開発して、キャリア濃度制御の精密化を目指す。これにより、自在なパターンで透明な、高移動度のグラフェンPN接合デバイスを生み出し、熱起電力（Seebeck係数）制御による高感度透明熱電対、及び透明赤外センサー等への実用化を目指す。さらに、このドーピング手法を、CNTネットワークなどの複雑系物質の電気伝導機構の解明にも適用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高周波デバイスやバイオセンサーへの応用が進められるグラフェンにおいて、実用化の大きな障害の１つが、p型のみ安定で安定的なn型がないということである。本研究では、紫外光照射された光塩基発生剤（PBG）が電子を供与することを、グラフェンへのドーピング技術として利用し、長期安定的なn型材料を開発することを目的とする。具体的には、グラフェン上に均一に光塩基発生剤分子をコーティングする技術を確立し、グラフェンのキャリア濃度を精緻に制御する。これにより、自在なパターンで透明な高移動度のグラフェンpn接合デバイスを生み出し、熱起電力（ゼーベック係数）制御による高感度透明熱電対及び透明赤外センサー等の実用化を目指す。昨年までの実験で、PET基材上に製膜した単層グラフェン表面にPBGを塗布し、コンダクタンス及び熱起電力を測定しながらUV照射を行い、p型であったグラフェンが、正孔を消去しディラックポイントを通過しn型に変化することを見出した。しかしながら、PBG濃度の均一なコーティング技術が未確立のため、光照射量とキャリア濃度の関係を明らかにできておらず、電子供与過程を正確に理解するには至っていない。本年になって、PBGを特殊なポリマーと混合してグラフェン上に塗布することで均一なコーティングができる見通しが立った。また、均一コーティングされたグラフェンが、紫外線照射により、p型からn型に変化することも確認できた。得られたn型グラフェンは、熱起電力等の物性を測定し、空気中で6ヶ月以上安定である。グラフェンのpn接合にも成功した。グラフェンのpn接合は温度に対して速い応答性を示しており、将来的には市販の熱電対を代替できる可能性がある。さらに、現在の方法でドーピング速度を制御することにも成功しており、電子供与過程の研究へと進捗している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
6カ月以上安定なnドープグラフェンを得た。光塩基発生剤のコーティングを最適化することで、今まで存在しなかったグラフェンのpn接合に成功した。反応速度を制御することで、グラフェンへの電子供与過程の解明を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究pn接合の温度応答についてより詳しく調べ、透明温度センサーの実証と応用の可能性に注力する。また、反応速度制御による、グラフェンへの電子供与の過程を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
