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2017 年度 実績報告書

ナノカーボン電極を有する超高速ハイブリッド薄膜ガスセンシングデバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K13972
研究機関信州大学

研究代表者

伊東 栄次  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50303441)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード高速ガス制御 / 湿度センサ / カーボンナノチューブ / ポリイミド / ナノハイブリッド / 容量計測システム / アセトンセンサ
研究実績の概要

本研究は水蒸気(湿度)や微量なアセトン、エタノール等の混合ガスを自動制御して導入しながら電流や静電容量変化を計測するシステムの構築と基礎的データの収集を行った。
当初計画通り以下の3つを検討した。
1) 新規計測システムの開発、2) カーボンナノチューブ(CNT)電極を有するポリイミド静電容量型湿度センサの超高速応答評価、3) 半導体と誘電体ナノ材料等を組み合わせたナノハイブリッドガスセンサの開発と特性解析
[項目1] カーボンナノチューブ(CNT)を電極とした極薄ポリイミド湿度センサは理論上10ms台で応答可能であるが既存のシステムではガス制御時間が長いため、10ms台で高速ガス置換するシステムの構築とmsで容量計測するシステムを開発した。次にサブppmオーダーでアセトンやエタノール等を制御するシステムを構築しガス制御と電流、容量、QCMを用いた質量変化を自動取得可能なシステムとした。
[項目2] CNT電極を有する高速ポリイミドセンサの改良と項目1のシステムによる実証試験を行った。ガス置換と容量計測を高速化することで湿度センサ本来の高速応答計測が可能となり初年度に0.4秒程度であった湿度センサ応答を従来報告されてきた容量型湿度センサを大幅に上回る40msと約10倍に高速化した。
[項目3] ナノ誘電体と有機半導体の積層構造の誘電特性やキャリア輸送を評価する時間応答計測システムを構築しキャリア輸送現象等を評価した。また、ナノ誘電体と有機半導体等を組み合わせたナノハイブリッド膜によりアセトンやエタノールに対する微量ガス応答を評価した。PCBMを用いたn型半導体ではアセトンガスppmオーダーで電流が優位に増加(抵抗減少)し、PQT12を用いたp型半導体では大気中のように高濃度に酸素が存在する空間でもサブppmオーダーのアセトンガスを高濃度検出可能であることを実証した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Inverted bulk-heterojunction organic solar cells with the transfer-printed anodes and low-temperature-processed ultrathin buffer layers2018

    • 著者名/発表者名
      Eiji Itoh, Shota Sakai, and Katsutoshi Fukuda
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 03EJ07

    • DOI

      doi.org/10.7567/JJAP.57.03EJ07

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of carrier mobility and charge behaviors of organic semiconductor films in metal insulatorsemiconductor diodes consisting of highk oxide/organic semiconductor double layers2018

    • 著者名/発表者名
      Naoya Chosei and Eiji Itoh
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 ページ: 02CA05

    • DOI

      doi.org/10.7567/JJAP.57.02CA05

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparative study of all-printed polyimide humidity sensors with single- and multiwalled carbon nanotube gas-permeable top electrodes2017

    • 著者名/発表者名
      Eiji Itoh and Zihan Yuan
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 ページ: 05EC03

    • DOI

      doi.org/10.7567/JJAP.56.05EC03

    • 査読あり
  • [学会発表] グラフェンコートした白金触媒担持アルミナナノロッドハイブリッド膜を用いた抵抗式高感度アセトンセンサ2018

    • 著者名/発表者名
      杉浦 弘晃、伊東 栄次、小野 博信
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] MISダイオード構造を用いたP3HT及びPCBM膜のキャリア輸送と蓄積現象の検討2018

    • 著者名/発表者名
      長生 直哉、 伊東 栄次
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Estimation of Carrier Mobility of Organic Semiconductor Films in MIS Diodes Consisting of High-k Oxide/Organic Semiconductor Double Layers2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Chosei, Eiji Itoh
    • 学会等名
      The 6th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] リアルタイムセンシングを目指した超高速容量式湿度センサ2017

    • 著者名/発表者名
      伊東 栄次
    • 学会等名
      第78回応用物理学秋季学術講演会 シンポジウム(萌芽的デバイスと有機センサ― IoT時代に向けて―)
    • 招待講演
  • [学会発表] MIS型ダイオード構造を用いた有機半導体膜のキャリア注入と輸送特性の検討2017

    • 著者名/発表者名
      長生 直哉、 伊東 栄次
    • 学会等名
      2017年電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [学会発表] 塗布型カーボンナノチューブ電極を有するハイブリッドセンサの高性能化に向けた検討と計測システムの開発2017

    • 著者名/発表者名
      伊東 栄次
    • 学会等名
      電子情報通信学会OME研究会
  • [学会発表] 酸化膜/ポリマーの二層誘電体を持つMISキャパシタの閾値電圧の検討2017

    • 著者名/発表者名
      尾川 卓、伊東 栄次
    • 学会等名
      平成29年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • [学会発表] メニスカス法によりHigh-k酸化膜上に製膜した面内配向TIPS-pentacene FETの電気的特性の向上2017

    • 著者名/発表者名
      上野 純平、伊東 栄次
    • 学会等名
      平成29年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • [学会発表] 上部電極としてガス透過性のある多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を用いたポリイミド湿度センサの研究2017

    • 著者名/発表者名
      畑山 誠、伊東 栄次
    • 学会等名
      平成29年度応用物理学会北陸・信越支部学術講演会

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公開日: 2018-12-17  

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