2018 Fiscal Year Research-status Report
半導体ナノ結晶のpn接合による高度ガス認識界面の創出（国際共同研究強化）
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15KK0189
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
木田 徹也 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70363421)
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| Project Period (FY) |
2016 – 2019
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| Keywords | ガスセンサ / ナノ結晶 / n型半導体 / p型半導体 / ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物半導体を用いたガスセンサは、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング等に幅広く利用されている。しかしながら、作動温度が250℃以上と高いため、消費電力が大きく小型化が難しいという問題がある。そこで本研究では、低温でもガスとの反応性が高い材料を探索するとともに、新しいガス検知機構の探索を行ってきた。前年度までに、ZnOナノロッドとCuOまたはCu2Oナノ結晶を合成し、それを塗布法によって基板に塗布することで良好なダイオード特性を示すpn接合膜の作製方法を確立した。今年度はさらに作製方法を改善することで、特性の更なる改善を試みた。また他新しいセンサ材料の開発も並行して行った。
CuOナノ結晶はホットソープ法で合成を行ったが、この際に粒成長抑制剤として用いた界面活性剤は絶縁性のためデバイスの性能低下をもたらす。そこで小分子への配位子交換を行った。その結果、デバイスのダイオード特性の再現性が大きく向上することを見出した。さらに、このデバイスの硫化水素に対する応答を調べたところ、150℃において電流値が大きく増加することがわかった。これは、CuOが硫化されCu2Sと変化することにより、pn接合が破壊され整流特性が失われたことに対応する。一方で、硫化水素から空気雰囲気に切り替えることで、整流特性は回復したことから、CuOの硫化が可逆に生じたことが示唆された。今後は光照射による影響を検討し、室温でのセンサ作動を目指す。
前年度に引き続き、新しいセンサ材料の検討を行った。光材料として大きな期待を集めているCsPbBr3のセンサ特性評価も行ったところ、光照射下では室温においても酸素および有機ガスに対する応答を示し、新しいセンサ材料としてのポテンシャルを有することを見出した。
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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
目標としたpn接合型の新しいセンサのプロトタイプを開発し、新規なガスセンサ材料の開発およびナノ粒子化、さらに助触媒添加による可燃性ガスに対する高感度化に成功しており、当初の予定どおり研究が順調に進行している。また、国際共同研究の一環として、相手先に大学院生を二名派遣するとともに、学術・学生交流協定も締結し、連携の更なる強化のための基盤を確固とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
作製したデバイスおよび新しく開発した材料の可燃性ガスに対する応答を詳細に検討する。本年度も国際共同研究先に大学院生を一名派遣する予定であり、また相手先研究機関から大学院生を一名受け入れることが確定しているので、これらの連携によって最終年度は更なる研究の発展が可能となる。
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