Development of High-Performance and Real-time Biosensing Technologies Using Surface Functionalized Nanocarbon Materials

使用表面功能化纳米碳材料开发高性能和实时生物传感技术

• 批准号: 22KJ1606
• 负责人: 松永 優希
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1606/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 薄膜トランジスタ

細胞培養で使用される培養液はリン酸緩衝液をはじめとする電解質を豊富に含むため、電極およびチャネル部分の半導体カーボンナノチューブ(CNT)はアルミナなどの絶縁膜によって表面を保護し、夾雑物による溶液間での電流のリークを避ける必要がある。デバイス作製プロセスにおける酸化膜形成は高温環境で行われるが、半導体CNTに対するドーピング手法において特にp型ドーピング手法は熱安定性に乏しく、酸化膜形成過程でドーピングの効果を失ってしまう問題があった。そこで本年度では、細胞培養と電気特性評価を同一基板上で行うための半導体CNT薄膜トランジスタを作製した。まずは最初に、半導体CNTに対するp型ドーピング手法とその表面保護膜形成手法の開発を中心に取り組んだ。CNTの仕事関数と有機分子のHOMO/LUMOの関係を踏まえつつ網羅的に探索を行った結果、HATCN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile)がCNTに対して200℃まで有効なドーパントであることを見出すことができた。薄膜トランジスタを作製して200℃に加熱しデバイスの特性変化を調べたところ、加熱時間が長くなるにつれてキャリア移動度とON電流密度の向上を確認することができた。その後、保護膜の成膜方法について検討を行った結果、パリレンとアルミナ成膜による表面保護膜形成手法を開発することに成功した。本手法では、パリレンがHATCN膜の酸化と真空中での揮発を防ぐことで、p型ドーピングの効果を失わずにアルミナ膜を成膜することが可能になる。この2重構造により表面を保護したデバイスは酸素分子と水分子の透過を防ぐことがトランジスタの伝達特性から明らかになっており、任意の化学ドーパントに対する保護膜形成手法を見出すことができた。

由于细胞培养中使用的培养溶液富含电解质，例如磷酸盐缓冲溶液，因此在电极和通道中的半导体碳纳米管（CNT）的表面必须受到氧化铝等绝缘膜的保护，以避免由于污染物造成的电流泄漏。尽管设备制造过程中的氧化物膜形成是在高温环境中进行的，但在半导体CNT的掺杂方法中，P型掺杂方法并不是热稳定的，并且存在一个问题，即在氧化物膜形成过程中失去了掺杂的效果。因此，在今年，我们制造了一个半导体CNT薄膜晶体管，用于在同一底物上评估细胞培养和电特性评估。首先，我们专注于为半导体CNT开发P型掺杂方法，以及一种形成表面保护膜的方法。在考虑了CNT的工作函数与有机分子的HOMO/LUMO之间的关系之后，我们发现HATCN（1，4，4，4，5，8，9，11-己二乙烯基乙烯基乙烯基硝基列列列）是CNT高达200°C的有效毒剂。当薄膜晶体管被制造并加热至200°C时，以检查设备特性的变化时，可以确认随着加热时间的增加，载体迁移率和电流密度提高。之后，我们研究了沉积保护膜的方法，因此，我们成功地开发了一种使用parylene和氧化铝膜形成表面保护膜的方法。在这种方法中，Parylene防止了HATCN膜的氧化和真空中的挥发性，从而可以沉积氧化铝膜而不会失去P型掺杂的效果。晶体管的透射特性表明，通过这种双重结构保护表面的设备可以防止氧气和水分子的渗透，并且可以找到一种为任何化学掺杂剂形成保护膜的方法。

项目成果

カーボンナノチューブ薄膜トランジスタに対する高い温度耐性を有するp型ドーピング法の開発

碳纳米管薄膜晶体管耐高温p型掺杂方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Omachi;H.;柴田裕貴・才田恵美・岩田将輝・松永優希・水津理恵・阿波賀邦夫・廣谷潤・大町遼;柴田裕貴・才田恵美・岩田将輝・松永優希・水津理恵・阿波賀邦夫・廣谷潤・大町遼;柴田裕貴・才田恵美・岩田将輝・松永優希・水津理恵・阿波賀邦夫・廣谷潤・大町遼;松永優希・廣谷潤・大町遼
• 通讯作者: 松永優希・廣谷潤・大町遼

Highly temperature-tolerant p-type carbon nanotube transistor doped with 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile

• DOI: 10.1063/5.0087868
• 发表时间: 2022-04-01
• 期刊: AIP ADVANCES
• 影响因子: 1.6
• 作者: Matsunaga, Yuki;Hirotani, Jun;Omachi, Haruka
• 通讯作者: Omachi, Haruka

CNT Gels Formed by a Triptycene Analogue Enabling Coexistence of CNT-gelator and Intergelator Interactions

由三蝶烯类似物形成的 CNT 凝胶能够实现 CNT 凝胶剂和中间凝胶剂相互作用的共存

• DOI: 10.1246/cl.220319
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Ushiroguchi Ryo;Suizu Rie;Matsunaga Yuki;Omachi Haruka;Doi Yuya;Masubuchi Yuichi;Bandow Shunji;Awaga Kunio
• 通讯作者: Awaga Kunio