Creation of semiconductors and sensors for SWCNT film with flexibility and breathability by SWCNT ink printing method
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22K04197
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
曽根原 誠 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (30456496)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | n型SWCNT薄膜 / 半導体型SWCNT / 分散処理 / 熱処理 / 半金混合SWCNT / カーボンナノチューブ（CNT） / 半導体 / センサ / 印刷法 / 新規デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
Society5.0以上では、ウェアラブルデバイスが主たる電子機器の一つに挙げられている。同デバイスに利用可能な能動素子やセンサは特に重要であるが実現には至っていない。応募者らは既に同デバイスの能動素子やセンサとして、単層カーボンナノチューブ (SWCNT) 薄膜を用いたp/n-SWCNT積層ダイオードの開発に成功している。同ダイオードを応用することができれば、柔軟性かつ通気性を有するFET等の能動素子や例えばCO2濃度を検出できるガスセンサが実現できる。本研究では、それら能動素子やセンサを開発することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、出発材料の半金混合SWCNTが半導体型よりも金属型の割合が多いものを使用していたため、p/n-SWCNT積層ダイオードまで試作することができたが、電流電圧特性よりオーミック性を示すことが分かり、半導体型の割合が多いSWCNTを出発材料に変更する必要が生じた。ただし、n型の性質を示すn-SWCNT薄膜に関しては、ラマンスペクトルのGバンドのピーク位置が6 /cm低波数側に遷移したことを確認し、先行研究（Soo Min Kimら；J. Amer. Chem. Soc., 131, 1, pp.327-331 (2009)）と比べて大きい値であることを明らかにした。
2023年度は、前記の問題を解決するために、高度に半導体分離されたSWCNT粉末試料を用いて、半導体SWCNT自立膜の再現性高い作製方法を開発した。出発材料を変更すると自立膜までのプロセスを一から変えなければならず、かつ本年度使用した半導体SWCNTは前年度まで使用していた半金混合SWCNTに比べて直径および長さ共に短いためCNTネットワークが構築され難く、膜が形成し難く、あるいは欠陥が多く、質の悪いSWCNT膜が形成されることが新たな課題になった。
この課題を解決するため膜作製法を再検討した。強固なCNTネットワークが形成されるためにはSWCNTインクの濃度が高いことが重要であることが分かり、そのためにSWCNT粉末に対して事前に一度分散させ再度回収することで、SWCNT束を乖離させやすくし、分散効率を高めた。この改善により、これまでの10倍の濃度のインク作製を可能とし、膜の質や強度も高まった。また、ベンジルビオロゲンを用いたドーピングによりn型SWCNT膜を試作した。作製したn型SWCNT膜は長期間の安定性には乏しかったもののn型に十分ドープされていることが明らかになり、前年度の課題を解決することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度に出発材料として使用していた半導体型・金属型混合単層カーボンナノチュブに対して、半導体型の割合が金属型に比べて高いものを入手できるようになり、試作方法を全面的に見直すことになったが、前年度並みのn型SWCNT膜を作製することができた。
ただし、p/n-SWCNT積層ダイオードの試作・評価までは至っておらず、作製したn型SWCNT膜は長期間の安定性に乏しく更なる改善が必要になった。
一方で、ガスセンサへの応用に関する予備研究を並行して進めており、研究期間までには実現しようと進めている。
以上を総合的に判断し、やや遅れていると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初めにn型SWCNT膜の大気中における長期間の安定性に乏しい課題に対して、熱処理温度の見直しや分散剤の変更などn型ドーピング方法の検討・改善を進める予定である。
その後、最終的な目標である整流作用をもったSWCNT p/n-SWCNT積層ダイオードおよびガスセンサを試作・評価する予定である。また、2023年度に引き続きp/n-SWCNT積層ダイオードの界面において、Siなどのような固体半導体で生じる空乏層がそもそもどのように形成されているかについても、現状では明確になっていないため調査・検討する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
