| 研究課題/領域番号 |
22KJ0891
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| 補助金の研究課題番号 |
22J12933 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
加藤 太朗 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 金属ナノシート / 低分子センサ / ガスセンサ / ジュール熱 / KFM / 自己組織化単分子膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
身の回りに漂う低分子ガスをセンシングすることで，疾病の兆候や環境の安全を知ることが出来る．本研究では，気相の情報を低エネルギーで繰り返し認識できるガスセンサを，金属ナノシートで創出することを目的とした．その実現には，ナノシート部だけに熱を局在させる設計と，繰り返し動作に耐えうるナノシートの表面制御が不可欠である．申請者はこれらの課題を，電極の構造最適化，交流電流の利用，新規温度計測手法の開発によるナノスケール温度測定，および合金化による耐久性の向上によって達成する．
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では，気相の情報を低エネルギーで繰り返し認識できるガスセンサを，金属ナノシートで創出することを目的とした．低エネルギー動作を実現するためには，高電流密度により発生するジュール熱をナノシート部だけに局在させるデバイス設計が不可欠である．そこで本年度では，金属ナノシートのジュール自己加熱を利用したガスセンシングについて，センサ測定とモデリングの両面からデバイス構造を最適化する指針について議論した．具体的には以下の3項目：(1)Auナノシートを用いた硫化水素センサの創出，(2)ジュール自己加熱を用いたAuナノシートの低エネルギー動作の実証，(3)金属ナノシートを用いたガスセンサデバイス設計論の構築を行った．
まず(1)のAuナノシート硫化水素センサ創出について，呼気測定を実施した．その結果，Auナノシートは呼気に含まれる水素や湿度などの夾雑ガスの影響を受けることなく硫化水素の濃度を正確に測定できることを実証し，Auナノシートセンサを用いて硫化水素に関連する疾病を呼気からモニタリングできる可能性を示した．この成果は国際論文誌ACS Sensorsにて出版された．
次に(2)のジュール自己加熱動作について，Auナノシートデバイスの微細化を行い，チャネル幅400 nmのAuナノシートについて，ジュール自己加熱動作により最小1.7 mWでの硫化水素センシングが達成できることを実証した．この成果は国際会議SSDM 2023にて発表された．
(3)のデバイス設計論の構築については，金属ナノシートデバイスの電気抵抗と熱抵抗の観点から消費エネルギーを求める解析モデルを構築した．本研究で構築した解析モデルを用いることで，最適なチャネル長および電極の熱伝導率の見当を容易につけることができ，すなわち金属ナノシートデバイスの設計指針を示した．本成果は国際論文誌JJAPにて現在査読中である．
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