グラフェンによる新機能THzデバイスの開拓

• Project Area: Science of Atomic Layer Systems
• Project/Area Number: 26107516
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 河野 行雄 東京工業大学, 量子ナノエレクトロニクス研究センター, 准教授 (90334250)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2015: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2014: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: テラヘルツ

Outline of Annual Research Achievements

テラヘルツテクノロジーは、電波天文学・固体物理学・生体分子分光学などの基礎学術分野からセキュリティ・情報通信・医療などの実用分野に至る幅広い分野での応用が期待されている。ところが、この周波数帯域は光（フォトニクス）と電波（エレクトロニクス）の間に挟まれているため、他帯域に比べ発展途上である。テラヘルツデバイスの中でも高性能なテラヘルツ検出器は強く求められている技術である。現在の室温検出器としては、焦電検出器、ショットキーバリアダイオード、光伝導アンテナ等が知られているが、感度が低いため高精度な計測ができないことが問題となっている。以上を背景とし、高性能テラヘルツ検出素子の開拓を目指して、ナノカーボンのユニークな特徴を利用した研究を行った。得られた成果は以下の2点である。①高いテラヘルツ吸光度を持つカーボンナノチューブアレイ薄膜によるテラヘルツ検出器のノイズ密度スペクトルを測定したところ、熱雑音極限まで達していることを見出した。この検出器のテラヘルツイメージング応用を行い、遮蔽物背後の物質検知に成功した。また、この試料の低温下でのテラヘルツ応答を調べたところ、別のメカニズムによる応答を見出し、感度が室温に比べて3桁程度向上することが分かった。②立方晶窒化ホウ素基板上（物質・材料研究機構の谷口博士、渡邊博士よりご提供）のグラフェン試料によるテラヘルツ検出について検討し、最適なチャネル形状を特定した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ライス大学/サンディア国立研究所(米国)
• [Journal Article] Chip-Based Near-Field Terahertz Microscopy (2016)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Journal Title: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology Volume: in press
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] THz分光測定のコツ (2016)
  • Author(s): 河野 行雄、瀧田 佑馬
  • Journal Title: 応用物理 Volume: in press
  • NAID: 130007715380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Figure of Merit for Carbon Nanotube Photothermoelectric Detectors (2015)
  • Author(s): Kristopher J. Erickson, Xiaowei He, A. Alec Talin, Bernice Mills, Robert H. Hauge, Takashi Iguchi, Naoki Fujimura, Yukio Kawano, Junichiro Kono, Francois Leonard
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 9 Issue: 12 Pages: 11618-11627
  • DOI: 10.1021/acsnano.5b06160
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Terahertz Response of Carbon Nanotubes and Graphene (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 12 Pages: 121010-121010
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.121010
  • NAID: 210000133750
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 低次元電子系の機能に基づくテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイス (2015)
  • Author(s): 河野行雄
  • Journal Title: 応用物理 Volume: 84 Pages: 643-647
  • NAID: 130007718782
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] グラフェンのテラヘルツ・赤外光検出応用 (2014)
  • Author(s): 河野行雄
  • Journal Title: レーザー研究 Volume: 42 Pages: 645-651
  • NAID: 130007897551
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] “カーボンナノチューブ・グラフェンを用いたナノスケールテラヘルツ波デバイス・システム (2015)
  • Author(s): 河野行雄
  • Organizer: 日本真空学会・12月研究例会「カーボン系新材料研究の現状と展望
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Invited
• [Presentation] グラフェンを用いたナノ領域テラヘルツ分光イメージングデバイス (2015)
  • Author(s): 河野行雄
  • Organizer: シンポジウム「テラヘルツ科学の最前線II」
  • Place of Presentation: 宮城
  • Year and Date: 2015-11-19
  • Invited
• [Presentation] Terahertz detectors for sensing and imaging applications (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Naoki Fujimura, Tomoyuki Hirano, Shunri Oda and Yukio Kawano
  • Organizer: 2015 AOTULE Student Conference
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2015-11-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] カーボンナノチューブ・グラフェン素子を用いたナノスケールテラヘルツ波検出・分光・撮像技術 (2015)
  • Author(s): 河野行雄
  • Organizer: グラフェンコンソーシアム第８回研究講演会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-10-07
  • Invited
• [Presentation] Terahertz detectors for sensing and imaging applications (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Naoki Fujimura, Tomoyuki Hirano, Shunri Oda and Yukio Kawano
  • Organizer: 7th Multidisciplinary International Student Workshop (MISW 2015)
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanoscale Terahertz Spectroscopic Imager with GaAs and Graphene Devices (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: Joint Symposium of 3rd International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2015) and 6th International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 6)
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mid-infrared Photoresponse of Highly-Aligned Carbon Nanotube Array (2015)
  • Author(s): T. Iguchi, N. Fujimura, Yukio Kawano, S. Oda, X. He, Q. Zhang, W. Gao, and J. Kono
  • Organizer: Joint Symposium of 3rd International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2015) and 6th International Symposium on Terahertz Nanoscience (TeraNano 6)
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Year and Date: 2015-06-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz sensing and imaging with graphene and carbon nanotube devices (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Shunri Oda, and Yukio Kawano
  • Organizer: 16th International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT15)
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 2015-06-29
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Terahertz sensing and imaging with graphene and carbon nanotube devices (2015)
  • Author(s): Daichi Suzuki, Shunri Oda, and Yukio Kawano
  • Organizer: Third Carbon Nanotube Thin Film Electronics and Applications Satellite
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nanoscale Terahertz Imaging and Spectroscopy with Nanostructured Semiconductor and Graphene Devices (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: 4th Terahertz Technology Workshop
  • Place of Presentation: Seoul
  • Year and Date: 2015-06-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ナノ領域におけるテラヘルツ波センシング・イメージング技術の開発とその応用 (2015)
  • Author(s): 河野行雄
  • Organizer: 平成２７年度 第１回カーボンナノ材料研究会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-06-19
  • Invited
• [Presentation] Semiconductor and Graphene Devices for Nanoscale Terahertz Imaging and Spectroscopy (2015)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: IEEE International Microwave Symposium (IMS2015)
  • Place of Presentation: Phoenix, USA.
  • Year and Date: 2015-05-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Semiconductor and Graphene Devices for Nanoscale Terahertz Imaging and Spectroscopy (2014)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: 5th International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • Place of Presentation: Martinique
  • Year and Date: 2014-12-05
  • Invited
• [Presentation] ナノ構造によるテラヘルツ波検出・分光・撮像デバイスとその応用 (2014)
  • Author(s): 河野 行雄
  • Organizer: 応用物理学会・テラヘルツ電磁波技術研究会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] Terahertz Imager and Spectrometer with Nanostructured Semiconductor and Graphene Devices (2014)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Organizer: 3rd Russia-Japan-USA Symposium on Fundamental & Applied Problems of Terahertz Devices & Technologies
  • Place of Presentation: New York
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-21
  • Invited
• [Book] Nano-Carbon Terahertz Detector, one chapter in Terahertz Sensing and Imaging: Devices and Systems (2016)
  • Author(s): Y. Kawano
  • Publisher: CRC Press
• [Book] High-Speed Devices and Circuits with THz Applications (2014)
  • Author(s): Yukio Kawano
  • Total Pages: 261
  • Publisher: CRC Press
• [Remarks]
  • URL: http://diana.pe.titech.ac.jp/kawano/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] テラヘルツ検出センサ及びテラヘルツ画像測定装置 (2015)
  • Inventor(s): 河野行雄
  • Industrial Property Rights Holder: 東京工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-12-15