二硫化モリブデンを用いた超高感度ピエゾ抵抗型のカンチレバーバイオセンサの開発
| Project/Area Number |
18J12689
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Nano/Microsystems
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| Research Institution | Tohoku University |
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| Research Fellow |
朱 敏杰 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 二硫化モリブデン / バナジウムドーピング / ひずみセンサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では不純物をドーピングする新たな手法により、高性能な二次元材料二硫化モリブデン(MoS2)を合成するとともに、MoS2を用いた高感度なピエゾ抵抗型のカンチレバーバイオセンサの開発を行う。本年度は新たな二次元物質MoS2の作製技術を開発し、力やひずみに対する電気応答を評価し、大きな感度があることを見出した。また、バナジウム(V)不純物をドーピングする新たな手法を開発し、その力－電気変換メカニズムに関して、新たな仮説を提唱した。まず、SiO2/Si基板上にスパッタによりMo/V/Moを別々に成膜し、成膜したサンプルを加熱炉で硫化を行い、VドープMoS2を形成した。世界初の大面積薄膜MoS2における置換Vドーピングを実証し、既存の硫化したMoS2と比べ、電気抵抗率が明らかに減ったことから、優れた電気特性を持つVドープMoS2を成功に成長した。さらに、微細加工により、VドープMoS2を持つひずみセンサの作製するプロセスを確立し、試作に成功するとともに、力やひずみに対する電気応答を評価し、高感度を実現した。
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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
本年度は二次元材料二硫化モリブデン(MoS2)にバナジウム(V)をドープし、高性能な薄膜を成長したともに、ひずみセンサの開発を行った。さらに、ひずみセンサの力－電気変換メカニズムに関して、新たな仮説を提唱した。具体的には、スパッタと硫化の方法により、優れた電気特性を持つVドープMoS2を簡易に形成した。さらに、微細加工により、VドープMoS2を持つひずみセンサを作製するとともに、力やひずみに対する電気応答を評価し、140の高ゲージ率を実現することができた。研究計画に上げていた高性能な材料および高感度センサの開発ができた。
本研究の成果は、センサやマイクロシステムの分野において世界最大の国際会議（IEEE-MEMS 2019）で発表し、本分野における一流雑誌に原著論文を発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は本研究成果を発展することで、微細加工により、カンチレバーバイオセンサを作成し、化学装飾という手法でセンサ表面に特異なアンチボディーを固定する。作製したバイオセンサは配線を行い、カンチレバーは生体分子を有する溶液に入れて、カンチレバーの変位により、VドープMoS2抵抗素子の抵抗変化により、センサの性能の評価を行う。さらに、二次元物質の電気－力学応答の最適化、体系的理解、より応答性を高めるための実験条件などを探索する。
開発したドーピング方法は、MoS2の代わりに、他の遷移金属ダイカルコゲナイド系材料に利用可能である。将来はバイオ・分子センサに用いることができる素子の開発だけではなく、情報通信技術におけるＩｏＴセンサやマイクロデバイスなどの分野への適用も期待できる。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
