グラフェンアシスト酸化物ガスセンサのセンシング機序と混合ガスセンサの創出

• 研究課題/領域番号: 21H01638
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 京都工芸繊維大学 (2023); 大阪大学 (2021-2022)
• 研究代表者: 菅原 徹 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20622038)
• 研究分担者: 小野 尭生 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (00752875) ; 永村 直佳 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (40708799)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2021年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: ガスセンサ / 酸化物半導体 / グラフェン / ハイブリッドガスセンサ / 酸化物薄膜 / ナノ構造 / 有機金属分解法 / セラミックスコーティング / 電界効果トランジスタ

研究開始時の研究の概要

人体の健康状態を非侵襲かつ前処理なく検診する方法として呼気ガス分子のセンシング技術が注目されている。呼気には、100種類以上のガス分子が様々な濃度で混ざっており、人間の身長や体重、人種など個人の特徴や体調によって濃度比が異なる。
我々は、Grapheneと、特異的なガスセンシング特性を示す酸化モリブデン(MoOx)ナノロッドを組み合わせることで、高速応答ガスセンサを開発してきた。本研究では、このガスセンサの伝導機構やガス分子とMoOxナノロッドの表面反応を科学的に解明し、このメカニズムを利用した全く新しいGrapheneアシストFETアレイ型(混合ガス)センサを創出する。

研究成果の概要

本研究では、グラフェン＆MoOxナノロッドハイブリッドガスセンサを複合ガスセンサへ応用するために、それぞれの要素を切り分けて研究した。このハイブリッドガスセンサはn型/p型両極性伝導を示し、ナノロッドとシード層を切り分けた吸脱着前後のガス分析と表面観察を実施した。また、ハイブリッドガスセンサをトランジスタ構造にし、ゲート電圧毎のガスセンシング特性を取得し、ガスセンシング中の伝導機構を解析した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人間の呼気に含まれる微量な濃度のガスをその場で検出・検査することにより、日頃の健康状態の診断や重大疾患の早期発見・治療に繋げる研究が進められている。このような社会ニーズの下、低濃度でも確実に検出可能でかつ安価なガスセンサの開発が求められている。
ナノ材料を用いた半導体式ガスセンサは、多種類のガスを低濃度でも検出することが可能であることから、近年、ヘルスケア関連機器への搭載に向けて精力的な研究開発進められている。