2020 Fiscal Year Annual Research Report
Room Temperature CO Sensing Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides
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20F20343
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
齋藤 紀子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20354417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KIM JAEHUN 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-11-13 – 2023-03-31
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| Keywords | ガスセンサ / 硫化タングステン / ナノシート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年のIoTの進展に伴い、ガスセンサの携帯型スマートデバイス化が期待されており、小型化と低消費電力化が課題である。一酸化炭素（CO）センサは、有毒ガス警報器の他、呼気分析による呼吸器疾患の診断にも期待されており、微量（ppbレベル）のセンシングが求められている。本研究は、室温作動微量COガスセンサの開発を目的としている。
低温でのガスに対する吸着エネルギーが小さく、伝導帯の導電性電荷の変化が大きい、室温で高感度ガスセンサに応用できる可能性が高い材料として、2次元（シート型）カルコゲナイドを対象とする。センサ感度向上には、コアシェル技術とイオン注入による表面機能化を応用する。小型化・低消費電力化には、ヒータレスのセンサデバイス化のために、シート間接合による自己発熱を利用する。実用開発の他、表面・界面とガス種との化学結合の評価により、センサ駆動原理の解明、欠陥化学、半導体表面・界面の理解を目指す。
本年度は、ガスセンサ測定のためのセットアップと、２次元カルコゲナイドを用いたセンサデバイス作製を行った。センサ基板上にWS2単層ナノシートの３次元構造を作り、構造の評価を行った。自己発熱を利用したヒータレスのセンサデバイス化による小型化・低消費電力のセンサ開発を目指し、カルコゲナイドシート間接合でのジュール加熱効果によるセンサデバイスチップの自己発熱効果を調べた。COガスへのセンサ感度を測定し、３次元構造作製の最適化を行った。
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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
本年度は、ガスセンサ測定のためのセットアップと、２次元カルコゲナイド試料を用いたセンサデバイス作製を行った。櫛形電極基板上にWS2単層ナノシートの３次元構造を作り、構造の評価を行った。自己発熱を利用したヒータレスのセンサデバイス化による小型化・低消費電力のセンサ開発を目指し、カルコゲナイドシート間接合でのジュール加熱効果によるセンサデバイスチップの自己発熱効果を調べた。COおよび他のVOCガスへのセンサ感度を測定し、３次元構造作製の最適化を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
センサのガス選択性向上のため、ナノ粒子付与、コアシェル技術、イオン注入による表面活性化・機能化を行う。表面原子間の結合力の最大化・最適化よるセンサ素子の機能化を目的とする。ナノ粒子付与は光還元法により照射時間や照射強度を変えて析出を制御する。コアシェル作製には、気相法を用いたコーティングを行う。イオン注入では、Ru3+, Sb5+等を注入する。材料中の欠陥は、電気抵抗の強力な変調源として作用し、センサ感度を向上できる。イオン注入量に応じて、材料内で発生する電子や正孔の量を制御し、ガスセンサ特性の変化を調べる。また、さらなるガス選択性の向上のため、パターン認識手法を試みる。申請者のこれまでのガスの熱指紋を利用した仮想センサーアレイ研究の知見を活かし、機械学習を用いてセンサのガス選択性を向上させる。
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Research Products
(1 results)
