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2013 年度 実施状況報告書

高純度半導体型単層カーボンナノチューブによる高性能伸縮性トランジスタの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25600046
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関首都大学東京

研究代表者

柳 和宏  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30415757)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード単層カーボンナノチューブ / 伸縮性デバイス / 半導体型 / トランジスタ / 電気化学 / 電気二重層 / イオンゲル・液体
研究概要

本研究では、伸縮性を有する基板上に高密度な半導体型単層カーボンナノチューブ(s-SWCNT)膜を用いたイオンゲル電気化学トランジスタ(ECT)を作製し世界に先駆けてs-SWCNT厚膜を用いた伸縮性高性能エレクトロニクスの基盤を構築することを目標に研究を行っている。特に、
課題1: PDMS基板へのs-SWCNT厚膜転写技術の確立、
課題2: 電極およびイオンゲル膜の伸縮性テスト、
課題3: PDMS基板上での素子作製および伸縮性を含めた特性測定、
の三つの課題を達成することを目標としている。これまで、早稲田大学 竹延大志 教授との共同研究により以下の手法を用いることにより、19%の伸縮性を備える電界効果型トランジスタを作製することに成功した。はじめにソース・ドレイン電極を形成したPDMS基板を延伸させ、延伸させた状況下において、密度勾配遠心分離精製によって得たs-SWCNT厚膜を転写を行った。ここで良好な伸縮性能を得る為、転写条件の最適化、および厚膜の膜厚の最適化を行った。その結果、巧妙にWavyな薄膜構造となったs-SWCNTチャネルを形成することに成功した。即ち、課題1について十分目標を達成した。同チャネル上にイオンゲルおよびゲート電極を形成することでECTデバイスの作製を行い、伸縮性テストを行った。ここでは、伸縮させた状況における伝達特性およびキャパシタンス特性を測定することにより、ON/OFF電流、および移動度の評価を行った。ON/OFF電流、および移動度の両者において、19%まで延伸させた状況においても、ほぼ一定値を示していた。しかしながら、20%以上に延伸させたところ、移動度において明確な減少傾向が見られた。以上の結果により、19%の伸縮性能を備えるデバイス作製に成功した。よって、課題2、課題3ともに十分目標を達成した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究における達成目標として、
課題1: PDMS基板へのs-SWCNT厚膜転写技術の確立、
課題2: 電極およびイオンゲル膜の伸縮性テスト、
課題3: PDMS基板上での素子作製および伸縮性を含めた特性測定
を掲げている。
前述のように、PDMS基板へのs-SWCNT厚膜を転写する技術を確立しており、よって十分に課題1を達成した。また、実際にs-SWCNT厚膜をチャネルとして用いたPDMSデバイスにおいて伸縮性テスト・特性評価を行うことを達成しており、課題2・課題3についても十分に達成している。よって、順調に進展していると評価している。

今後の研究の推進方策

以上の成果に基づいて、今後もまた連携研究者である早稲田大学 竹延大志先生との共同研究を通して、更なる伸縮性の改善を目標に研究を行う。また、インクジェット法を用いた完全塗布型伸縮性トランジスタの開発に向けた基礎研究を行う。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Environmental stability of ferrocene filled in purely metallic single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      M. Sauer, H. Shiozawa, P. Ayala, G. Ruiz-Soria, X. Liu, K. Yanagi, H. Kataura, S. Krause, T. Pichler
    • 雑誌名

      Phys. Stat. Sol. (B)

      巻: 250 ページ: 2599-2604

    • DOI

      10.1002/pssb.201300124

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inner tube growth properties and electronic structure of ferrocene-filled large diameter single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      M. Kharlamova, M. Sauer, T. Saito, S. Krause, X. Liu, K. Yanagi, T. Pichler, H. Shiozawa
    • 雑誌名

      Phys. Stat. Sol. (B)

      巻: 250 ページ: 2575-2580

    • DOI

      10.1002/pssb.201300089

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Orbital and spin magnetic moments of transforming one-dimensional iron inside metallic and semiconducting carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      A. Briones-Leon, P. Ayala, X. Liu, K. Yanagi, E. Weschke, M. Eisterer, H. Jiang, H. Kataura, T. Pichler, H. Shiozawa
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 87 ページ: 195435-195441

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.87.195435

    • 査読あり
  • [雑誌論文] String-like Assembly of Aligned Single-Wall Carbon Nanotubes in a Single-Chiral State2013

    • 著者名/発表者名
      H. Kawai, K. Hasegawa, T. Nakatsu, Y. Naitoh, T. Takagi, T. Wada, T. Takenobu, K. Yanagi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 6 ページ: 065103-065106

    • DOI

      10.7567/APEX.6.065103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intra- and inter-tube excition relaxation dynamics in high purity semiconducting and metallic single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      M. Ichida, S. Saito, Y. Miyata, K. Yanagi, H. Kataura, H. Ando
    • 雑誌名

      Eur. Phys. J. B

      巻: 86 ページ: 45-49

    • DOI

      10.1140/epjb/e2012-30610-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Internal charge transfer in metallicity sorted ferrocene filled carbon nanotube hybrids2013

    • 著者名/発表者名
      M. Sauer, H. Shiozawa, P. Ayala, G. Ruiz-Soria, X. Liu, A. Chernov, S. Krause, K. Yanagi, H. Kataura, T. Pichler
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 59 ページ: 234-245

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2013.03.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inkjet printing of aligned single-walled carbon-nanotube thin films2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Takagi, Y. Nobusa, S. Gocho, H. Kudou, K. Yanagi, H. Kataura, T. Takenobu
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 ページ: 143107-143109

    • DOI

      Inkjet printing of aligned single-walled carbon-nanotube thin films

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge manipulation in molecules encapsulated inside single-wall carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      K. Yanagi, R. Moriya, T. Cuong, M. Otani, S. Okada
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 110 ページ: 86801-86804

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.086801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 13C-NMR shift of highly concentrated metallic and semiconducting single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      K. Matsuda, K. Yanagi, H. Kyakuno, S. Sagitani, H. Kataura, Y. Maniwa
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 82 ページ: 15001-15002

    • DOI

      10.7566/JPSJ.82.015001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属型単層カーボンナノチューブを用いたレアメタルフリーの画像素子開発2013

    • 著者名/発表者名
      柳和宏
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 64 ページ: 374

  • [雑誌論文] 単層カーボンナノチューブを用いたエレクトロクロミックカラーインク応用2013

    • 著者名/発表者名
      柳和宏
    • 雑誌名

      マテリアルステージ

      巻: 3 ページ: 68

  • [学会発表] Charge Manipulation in molecules encapsulated inside single-wall carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      K. Yanagi
    • 学会等名
      IWEPNM2014
    • 発表場所
      Kirchberg, Austria
    • 年月日
      20140312-20140312
    • 招待講演
  • [学会発表] Charge Manipulation in molecules encapsulated inside Single-Wall Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      K. Yanagi
    • 学会等名
      ICSS 2013
    • 発表場所
      Las Vegas, NV, USA
    • 年月日
      20131215-20131215
    • 招待講演
  • [学会発表] Stretchable Single-walled Carbon-nanotube Film Transistors2013

    • 著者名/発表者名
      H. Hamahata, Y. Nobusa, K.Yanagi and T. Takenobu
    • 学会等名
      MNC2013
    • 発表場所
      Royton Sapporo,Hokkaido
    • 年月日
      20131107-20131107
  • [学会発表] カロテノイドを用いたナノカーボンの物性研究2013

    • 著者名/発表者名
      柳和宏
    • 学会等名
      カロテノイド研究懇話会
    • 発表場所
      三重大学
    • 年月日
      20131020-20131020
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-Walled Carbon-Nanotube P-N Junction Diode for Optoelectronics2013

    • 著者名/発表者名
      R. Shimizu, J. Pu, T.Fujimoto, Y. Zhang, K.Yanagi, Y. Iwasa, T. Takenobu
    • 学会等名
      SSDM2013
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk,Fukuoka
    • 年月日
      20130925-20130925
  • [学会発表] Stretching properties of single-walled carbon nanotube film transistor2013

    • 著者名/発表者名
      H. Hamahata, Y. Nobusa,K. Yanagi, Y. Iwasa and T.Takenobu
    • 学会等名
      SSDM2013
    • 発表場所
      Hilton Fukuoka Sea Hawk,Fukuoka
    • 年月日
      20130925-20130925
  • [学会発表] 単一カイラリティ単層カーボンナノチューブにおける自己組織的配列集合体形成と電気伝導特性2013

    • 著者名/発表者名
      河合英輝,長谷川凱,工藤光,柳和宏,中津亨,内藤泰久,高木勇樹,和田義史,竹延大志
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130925
  • [学会発表] 高密度・高配向カーボンナノチューブワイヤーの成長と伝導特性2013

    • 著者名/発表者名
      高木勇樹,大島勇吾,河合英輝,柳和宏,竹延大志
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130925
  • [学会発表] 単一カイラリティ単層カーボンナノチューブにおける自己組織的配列集合体形成と電気伝導特性2013

    • 著者名/発表者名
      河合英輝、長谷川凱、工藤光、中津亨、内藤泰久、高木勇樹、和田義史、竹延大志、柳和宏
    • 学会等名
      第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] 液相成長法によるカーボンナノチューブワイヤー2013

    • 著者名/発表者名
      高木 勇樹, 大島 勇吾, 和田義史、河合英輝、柳 和宏, 竹延 大志
    • 学会等名
      第74回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学 京田辺キャンパス
    • 年月日
      20130918-20130918
  • [学会発表] String-like Assembly of Aligned Single-Wall Carbon Nanotubes in a Single-Chiral State2013

    • 著者名/発表者名
      Hideki Kawai, Kai Hasegawa, Toru Nakatsu, Yasuhisa Naitou, Yuki Takagi, Yoshihumi Wada,Taishi Takenobu, Kazuhiro Yanagi
    • 学会等名
      第45回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン 総合シンポジウム
    • 発表場所
      大阪大学会館
    • 年月日
      20130805-20130805
  • [学会発表] Electrolyte gated transistors of aligned carbon-nanotube thin film2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshifumi Wada, Jiang Pu, Yuki Takagi, Kazuhiro Yanagi, Taishi Takenobu
    • 学会等名
      NT13
    • 発表場所
      Aalto University,Espoo,Finland
    • 年月日
      20130626-20130626

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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