2023 Fiscal Year Final Research Report

Development of stable N-type doping process for graphene aiming at application to transparent sensors

Research Project

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Project/Area Number	21H01911
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	Wei Qingshuo 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30709564)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	沖川侑揮国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50635315) 石原正統国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (70356450) 桐原和大国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (70392610)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	Graphene / Doping / n-type / stability
Outline of Final Research Achievements	This research focuses on innovative methods to achieve stable n-type doping in graphene, which is critical for several advanced applications. In the early stage, we present a photoinduced electron doping technique using photobase generators (PBG) combined with UV irradiation, which allows precise control of doping and patterning in graphene to create high performance pn junctions. This method demonstrated high electron mobility and stable doping, paving the way for applications in transparent electronics and temperature sensing. In the later part, we further extend this approach by using a blend of PBG and polyethylene oxide (PEO) under UV light to improve the uniformity and long-term stability of n-type doping in graphene. This hybrid method proved to be cost-effective, scalable, and stable for over 160 days, overcoming previous limitations and demonstrating the potential for practical applications in thermoelectric devices.
Free Research Field	応用物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	グラフェンにおける制御された安定な n 型ドーピングは、関係する学術分野において長年の課題であった。紫外線照射下における光塩基発生剤（PBG）とポリエチレンオキシド（PEO）ハイブリッドを利用しこの課題を解決した我々の斬新なアプローチは、化学的にも社会的にも非常に意義深い。n型ドーピングの安定性と均一性を確保することで、高性能な電子、熱電アプリケーションの開発が促進される。社会的には、ドーピング技術の費用対効果、長期安定性に特徴を有するこの手法が確立されることで、さまざまな分野の製品製造プロセスに広く採用されることが期待され、革新的なアプリケーションの誕生が見込まれ、生活の質の向上につながる。