| 研究実績の概要 |
酸化物半導体を用いたガスセンサは日本生まれの重要技術であり、ガス漏れ検知や空気環境のモニタリング、プロセスコントロール等に幅広く利用されている。しかしながら、本センサは高温で作動させるため消費電力が高く、従来型のセンサではシステム全体の小型化が難しい。センサの小型化・省電力化により幅広い応用を可能にするために、ガスセンサの低温作動化が強く求められている。そこで本研究では、これまでに申請者が蓄積してきたナノ粒子（ナノ結晶）を用いたガスセンサの作製・評価技術をベースにして、半導体ナノ結晶を用いた低温作動型ガスセンサの創製を目指した。
ガス拡散性のあるZnOナノロッド膜とCuOナノ結晶を組み合わせてpn接合デバイスを作製し、ガス認識可能なpn接合界面の創製を試みた。本デバイスは100℃付近において空気中の微量H2Sに対して非常に選択的な応答を示し、pn接合型デバイスの可能性を明らかにすることができた。ZnOナノロッド自体のガスセンサ特性についても調査した。ZnOナノロッドは、特にアセトンとエタノールに対して高い感度を示した。さらに、光照射によってセンサ感度の改善が見られ、ヒーター加熱に代わり光照射によるセンサ作動の可能性が示された。また、半導体性をもつ二次元物質である層状遷移金属ジカルコゲナイド（LTMD）のセンサ材料としての可能性も評価した。これら材料は比表面積が大きく、バンドギャップが小さいため、センサの高感度化および低温作動化が望める。MoO3, H2WO4を層剥離後、硫化することでMoS2, WS2を合成する新しい合成方法を開発した。これらは低温においてH2Sに応答し、低温作動型のセンサ材料として有用であることが確認できた。さらに、プロトン導電性の酸化グラフェンと酸化物を組み合わせることで、低温作動型のガスセンサが構築できることも見出した。
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