生体計測に整合するナノチューブの形成と次世代バイオセンサへの応用

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15651068
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 染谷 隆夫 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (90292755)
• 研究分担者: 石田 悟己 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (90302629) ; 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
• キーワード: ナノチューブ / バイオセンサー / ナノテクノロジー / 電解硬化トランジスタ

研究概要

ナノチューブの化学センサー応用を進めるため、単層カーボン・ナノチューブの熱CVD形成と、そのFETへの応用を進めた。
単層ナノチューブは常圧CVDによってパターニングを施したシリコン基板上に形成される。この手法は、Honjie Daiらによって開発されたものをベースにして、条件を最適化した。まず、100nmのSiO2を有するN型ドープシリコン基板の上に、触媒のパターニングを施す。ここで、レジストをスピンコートした後、フォトリソグラフィーマスクを通して、エキシマレーザ(KrF,λ=248nm,20mJ/pulse,20Hz)を4分間照射し、現像する。アルミナでサポートされたFe/Moの触媒をメタノールに溶かし込み、PMMAのパターンの上にのせる。アセトンでリフトオフし、触媒のパターニングを完成させる。ここで、直径4μmの島状の触媒が縦18μmで横50μmの繰り返し周期でできる。
この基板をCVDの炉に入れてナノチューブを形成する。ここでは、直径1インチの石英管を用いる。まず、基板温度を850℃に昇温して、アルゴンガス(1l/min)と水素ガス(100ml/min)の混合ガス雰囲気下で30分間保持する。引き続き、メタンガス(500ml/min)アルゴンガス(50ml/min)と水素ガス(500ml/min)の混合ガス雰囲気下で、5分間ナノチューブを合成する。ナノチューブを合成後、直ちに、基板にメタルマスクをのせて、ソース・ドレイン電極を形成し、トランジスタ構造を完成させる。本手法はレジスト・フリープロセスであるので、ナノチューブの表面がきれいであり、On状態の2端子抵抗測定で80Ω以下の良好な特性が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 染谷隆夫: "有機トランジスタの化学センサー応用"機能材料. 3月号. 42 (2004)
• [文献書誌] T.Someya, P.Kim, C.Nuckolls: "Conductance measurement of single-walled carbon nanotubes in aqueous environment"Applied Physics Letters. 82(14). 2338-2340 (2003)
• [文献書誌] Takao Someya, Joshua Small, Philip Kim, Colin Nuckolls, James T.Yardley: "Alcohol vapor sensors based on single walled carbon nanotube field effect transistors"Nano Letters. 3(7). 877-881 (2003)
• [文献書誌] J.Zaumseil, T.Someya, Z.Bao, Y.L.Loo, R.Cirelli, J.A.Rogers: "Nanoscale organic transistors that use source/drain electrodes supported by high resolution rubber stamps"Applied Physics Letters. 82(5). 793-795 (2003)
• [文献書誌] Z.W.Zheng, B.Shen, C.P.Jiang, Y.S.Gui, T.Someya, R.Zhang, Y.Shi, Y.D.Zheng, S.L.Guo, J.H.Chu, Y.Arakawa: "Multisubband transport of the two-dimensional electron gas in AlxGa1xN/GaN heterostructures"Journal of Applied Physics. 93(3). 1651-1655 (2003)
• [文献書誌] N.Tang, B.Shen, Z.W.Zheng, J.Liu, D.J.Chen, J.Lu, R.Zhang, Y.Shi, Y.D.Zhang, Y.S.Gui, C.P.Jiang, Z.J.Qiu, S.L.Guo, J.H.Chu, K.C.P.Jiang, Z.J.Qiu, S.L.Guo, J.H.Chu, K.Hoshino, T.Someya, Y.Arakawa: "Magnetoresistance oscillations induced by intersubband scattering of two-dimensional electron gas in A10.22Ga0.78N/GaN heterostructures"Journal of Applied Physics. 94(8). 5420-5422 (2003)