プロセス統合による同心ヘテロナノチューブの高効率合成・構造分析・電子デバイス作製
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22K04874
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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 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
井ノ上 泰輝 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (00748949)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ヘテロナノチューブ / カーボンナノチューブ / 窒化ホウ素 / 化学気相成長 / ナノ材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、異なるナノチューブ物質を同心状に組み合わせたヘテロナノチューブに関して、合成・分析・電子デバイス作製を高効率に行う基盤技術を構築する。単層CNTの水平配向合成、転写、ヘテロ原子層の化学気相成長、微細加工技術を高度に統合することで、従来困難であった架橋・配向CNTを大面積に形成し、ヘテロ層合成のテンプレートとする。さらに、高温合成環境および直接的な電子顕微鏡観察に適合する特殊基板を作製し、ヘテロ合成の高度化と構造分析の高速化を行う。これらに基づき、CNTとBNNTからなるヘテロナノチューブ電子デバイスにおける性能実証を行い、新たなナノ構造電子デバイス実現への道筋を拓く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、異なるナノチューブ物質を同心状に組み合わせたヘテロナノチューブに関して、合成・分析・電子デバイス作製を高効率に行う基盤技術の確立を行う。本年度は、ヘテロナノチューブ合成におけるテンプレートとして必要となる、孤立架橋ナノチューブの作製を行った。水晶基板上への単層カーボンナノチューブ（CNT）の水平配向合成、ポリマー膜を用いた大面積転写、さらに臨界点乾燥を行うことで、単層CNT・単層CNT間および単層CNT・基板間の張り付きを抑制し、元来の配向性を維持したまま架橋構造を形成することに成功した。このようなテンプレートを用いて、化学気相成長法による外層へのCNTや窒化ホウ素ナノチューブ（BNNT）の合成を行い、その構造を分析した。ラマン分光法などによりヘテロナノチューブの成長が確認され、本テンプレート構造の有効性が示された。本テンプレート構造は、従来困難であった、高い配向性と大面積適用性を兼ね備えたヘテロナノチューブの実現につながり、配向ヘテロナノチューブを用いた電子デバイスに向けた重要な進展だと考えられる。また、高結晶性の外層CNTの成長のために、高温プロセスを実施した。BNNT薄膜をテンプレートに用い、1150-1550℃において炭素源を供給して外層CNTの合成を行った。ラマン分光法による分析を行い、従来の報告より高い結晶性の実現を確認するとともに、種々の分析手法によりBNNT構造の保持を確認した。高結晶外層CNTの実現は、ヘテロナノチューブの外層を電極として用いるデバイスを可能とする。
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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
本年度は当初の計画通りに、架橋単層CNTテンプレートの高効率形成を確立することに成功した。ヘテロナノチューブのデバイス応用のためにはまずその材料合成を高度化する必要がある。そのための出発点となるテンプレート構造の形成は、本研究課題における基盤を成すものである。今回得られたテンプレート構造を用いることで、材料合成と評価に関するスループットを高速化できるとともに、配向構造を活用した電子デバイスの形成が可能となる。さらに、本年度に達成された外層CNTの高結晶化は、ゲートオールアラウンド構造などの、ヘテロナノチューブ外層を電極として用いるデバイス実現のための第一歩となる。以上の理由により本研究課題は順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、(1) 架橋CNTテンプレートの高効率形成、(2) 高耐熱基板の形成によるヘテロナノチューブの高温合成、(3) CNTとBNNTから成るトランジスタの形成と特性評価、の3点について並行して研究を実施する。
(1) については、本年度においてある程度確立することができたが、さらに、単層CNTの配向性の維持、単層CNT間の距離に対するバンドル形成率の関係などを詳細に分析する。これにより、より高配向・高密度なテンプレート形成を行う。
(2)については、当初の計画通り、高温で安定なグラファイトシートおよびCNT薄膜を利用して、基板および透過型電子顕微鏡（TEM）観察用グリッドを作製する。本構造を用いて、高温におけるヘテロナノチューブの合成と、転写を経ない直接観察を実施する。
(3)については、CNT-BNNT-CNTオールナノチューブトランジスタの形成と特性評価に向けて、合成の面から研究を推進する。外層CNTおよび外層BNNTの結晶性の向上と層数制御を行うとともに、交互に同心積層した構造の構築を試みる。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
