2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of flexible materials equipped with carrier modulation capability by stress
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17H04814
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
中嶋 宇史 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 講師 (60516483)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | キャリア注入 / 自発分極 / 強誘電性ポリマー / 熱電 / 圧電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学ドープや電界効果に頼らず、外力として加えられた応力のみによって、半導体内にキャリア注入を実現するための新材料と新技術の創出を目的として研究を進めている。H30年度は、強誘電性ポリマーであるフッ化ビニリデン(VDF)/三フッ化エチレン(TrFE)共重合体とカーボンナノチューブ(CNT)を複合化させたフィルムを作製し、強誘電体の自発分極を活用したキャリア注入によって自然状態でp型であるCNTのn型化を試みた。CNTとVDF-TrFEの物理的接触状況を改善するため、イオン液体をCNTに含浸させ、VDF-TrFEに複合化させたところ、VDF-TrFEの分極の方向に応じて、n型化可能であることが明らかとなった。また、複合膜は延伸処理によって配向性を制御できることも明らかになり、この延伸中にCNTに歪が誘起されることにより最大で20%程度ゼーベック係数が変化することが明らかになった。このような自発分極及び応力の両者によって同時にキャリア変調を行うことができたのは大変興味深く、今後はこの現象の基礎的理解を進めていく必要があると考えている。一方でキャリア注入の対象としたCNTは金属CNT、半導体CNT、長さ、太さの異なるSWCNTが複合された状態であり、そのキャリア変調効果を定量的に扱うこと自体が困難である。そこでH30年度においては、より本質的な特性評価のため、数百ナノメートル幅の微小ギャップ電極を形成し、その間におかれたCNT数本の電気特性ならびに熱電特性を評価する方法を確立した。ミクロスコピックな計測も併せて行いながら、強誘電性ポリマーとの複合構造におけるキャリア変調効果についてより詳細な検討を今後進めていく予定である。
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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
H30年度は強誘電性ポリマーとCNTの複合体において、その強誘電体の自発分極の向きによってn型/p型の制御を実現することができた。これまで化学ドーピング等でCNTをn型化することに成功した報告もあるが、強誘電体の自発分極は外部電場によって反転可能であり、熱化学的安定性も高いことから、新たなキャリア変調材料として応用可能であると考えている。また、複合膜を延伸した際に、応力をかけ続けている状態において特異的にゼーベック係数が増加することが明らかになった。ゼーベック係数は材料の寸法によって変化しないため、このような変化は材料の電子構造に何らかの変調を誘起している可能性があり、現象としても大変興味深いと考えている。さらに、電子線描画リソグラフィ技術を活用することで、数百ナノメートル幅の微小ギャップ電極を形成し、その間におかれたCNT数本の電気特性ならびに熱電特性を評価する方法を確立した。これによりCNT1本～バンドル構造に至る階層構造において、より本質的な特性評価が行えるようになったことも大きな成果であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度に得られた自発分極によるCNTのn型化ならびに応力によるゼーベック係数の増大に関する機構解明が重要であると考えている。これまで準備を進めてきた電子線描画リソグラフィを継続的に活用しながら、ナノからバルクに至るマルチスケール領域において、どのような変調効果が作用しているのかについて基礎学術的な視点から取り組んでいきたいと考えている。特に、ホール効果測定の併用や、低温物性の評価、走査型プローブ顕微法による局所物性の評価を総合的に進めながら、本現象の理解を確実に進めていく予定である。
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