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本研究では、ポリマーネットワーク材料の相転移現象とグラフェン電界効果トランジスタ(FET)を融合した新奇センサデバイスを創成することを目的としている。従来型のグラフェンデバイスの微小応答限界を打開すべく、微小刺激をポリマーネットワークの転移現象で増幅し、グラフェンで検出する2段階原理を採用したデバイスの開発を行う。
ポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)に代表される感熱性高分子ゲルは閾値温度を境に疎水性相互作用によって劇的に凝集する転移現象をし、その際にゲル内部に保持している溶媒を放出する性質がある。本研究ではこの現象を利用し、ゲート絶縁膜の実効的な膜厚を変調し静電容量の巨大変調を実現してきた。しかしながら、保持溶媒が水であるため相転移での液体状態時に保持溶媒が揮発するという問題が発生した。そこで、最終年度は、まずデバイス作製において保持溶媒が揮発しにくい機構を導入し、相転移時の溶媒揮発を抑えることを試みた。その結果、初年度における変調回数の倍以上の変調回数においてもデバイスの安定動作に成功した。また、ゲルそのものに対しての見直しも行い、保持溶媒を蒸気圧の極めて小さいイオン液体とすることで、相転移での液体状態時の揮発を抑えられるゲルの作製も行った。
以上のように、本研究ではポリマーネットワークの相転移現象とグラフェンFETを用いた巨大電界変調効果デバイスの問題を解決し、巨大電界変調効果デバイスの安定動作の実証に成功した。
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