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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Fabrication of carbon nanotube bipolar-FET by dielectrophoresis for sensor application

Research Project

Project/Area Number 20H02164
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

末廣 純也  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (70206382)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords誘電泳動 / カーボンナノチューブ / 両極性CNT-FET / ショットキー障壁 / NO2ガス
Outline of Annual Research Achievements

最終年度である本年度は、誘電泳動集積法によって両極性カーボンナノチューブ(CNT-FET)ガスセンサを作製し、そのNO2検出特性と検出メカニズムについて考察を行った。
(1) 低抵抗n型のSi基板上にドレイン/ソース電極としてクロム薄膜櫛歯電極をフォトリソグラフィにより作製した。チャネル長(ドレイン/ソース電極間隙)は5μmである。水性二層抽出法を用いて半導体純度を99%までに高めたCNTを誘電泳動集積法によりドレイン/ソース電極間に集積した。作製したデバイスをガスチャンバー内に設置し、2時間N2雰囲気で初期化した後、N2希釈濃度100 ppbのNO2ガスに暴露した。ドレイン/ソース間電圧VDSは-3 V一定とし、ゲート電圧VGSを -20 V ~ +20 V の範囲で変化させて、NO2曝露後5分ごとに ドレイン/ソース電流IDS-VGS 特性を取得した。
(2) NO2曝露前のCNT-FETのドレイン/ソース電流IDSは、ゲート電圧VGSが正負の何れの場合にもVGSに依存性を示し、電子伝導領域と正孔伝導領域の両方を持つ両極性FETとして動作した。
N2希釈 100-ppb-NO2ガスに対するCNT-FETの応答は、電子伝導領域と正孔伝導領域において異なる応答を示した。すなわち、正孔伝導領域では時定数数十分程度でドレイン/ソース電流IDS曲線がゲート電圧正方向にシフトするのに対し、電子伝導領域では数分程度でIDSの傾きが減少する応答が見られた。
(3) 上記のNO2応答特性を理論的に説明することを目的に、電極とCNT界面のショットキー障壁を考慮した伝導モデルを作製し、伝導特性のシミュレーションを行った。その結果、電子伝導領域のIDSの傾きの減少はNO2吸着によるショットキー障壁高さの変化で、しきい値の変化はフェルミ準位の変化で説明可能であることがわかった。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Comparison between modulations of contact and channel potential in nitrogen dioxide gas response of ambipolar carbon nanotube field-effect transistors2022

    • Author(s)
      S. Nakahara, T. Morita, H. Omachi, M. Inaba, M. Nakano, J. Suehiro
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 12 Pages: 125302

    • DOI

      10.1063/5.0124891

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Nitrogen dioxide gas response rate at contact and channel in ambipolar carbon nanotube field-effect transistors2023

    • Author(s)
      Masafumi Inaba, Shota Nakahara, Haruka Omachi, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • Organizer
      第64回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • [Presentation] Effect of NO2 gas adsorption to CNT/electrode contacts on gas response of CNT-FETs2022

    • Author(s)
      Shota Nakahara, Takahiro Morita, Takuya Okamoto, Haruka Omachi, Masafumi Inaba, Michihiko Nakano, Junya Suehiro
    • Organizer
      15th International Conference on New Diamond and Nano Carbons
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CNT-FET型ガスセンサ応答のゲート電圧スイープ方向依存性2022

    • Author(s)
      中原 正太, 八木 凱斗, 大町 遼, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • Organizer
      第83回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] CNTの半導体・金属比率とCNT-FETのNO2ガス応答の関係2022

    • Author(s)
      八木 凱斗, 中原 正太, 大町 遼, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • Organizer
      第83回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] 誘電泳動集積法を用いて作製したCNT-FETガスセンサの正孔や電子伝導とNO2応答速度の関係2022

    • Author(s)
      中原 正太, 八木 凱斗, 大町 遼, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • Organizer
      第75回電気・情報関係学会 九州支部連合大会
  • [Presentation] CNT-FETのNO2応答にCNTの半導体・金属比率が与える影響2022

    • Author(s)
      八木 凱斗, 中原 正太, 大町 遼, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • Organizer
      第75回電気・情報関係学会 九州支部連合大会
  • [Presentation] 誘電泳動集積法を用いて作製したカーボンナノチューブ電界効果トランジスタのNO2 応答メカニズム2022

    • Author(s)
      S. Nakahara, K. Yagi, H. Omachi, M. Inaba, M. Nakano, and J. Suehiro
    • Organizer
      第41回電子材料シンポジウム
  • [Presentation] 誘電泳動集積を用いて作製した両極性CNT-FET ガスセンサの電子伝導領域におけるNO2高速応答2022

    • Author(s)
      中原 正太, 八木 凱人, 大町 遼, 稲葉 優文, 中野 道彦, 末廣 純也
    • Organizer
      第36回ダイヤモンドシンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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