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基富含磷酸盐缓冲液等电解质，电极和通道部分中的半导体碳纳米管（CNT）表面受到氧化铝等绝缘膜的保护，防止污染物形成电流泄漏。必须避免解决方案之间。器件制作过程中氧化膜的形成是在高温环境下进行的，但半导体碳纳米管的掺杂方法中，特别是p型掺杂方法的热稳定性差，存在的问题是在过程中会丧失掺杂效果。氧化膜形成过程。因此，今年，我们制作了半导体CNT薄膜晶体管，在同一基板上进行细胞培养和电性能评估。首先，我们重点开发半导体CNT的p型掺杂方法和表面保护膜的形成方法。根据碳纳米管的功函数与有机分子的HOMO/LUMO之间的关系进行综合研究的结果，HATCN（1,4,5,8,9,11-六氮杂苯并六甲腈）在高达200℃的温度下对碳纳米管有效我们发现它是一种独特的掺杂剂。当制造薄膜晶体管并加热至200°C以检查器件特性的变化时，证实载流子迁移率和导通电流密度随着加热时间的增加而提高。之后，我们研究了保护膜的形成方法，结果成功开发了使用聚对二甲苯和氧化铝的表面保护膜的形成方法。在该方法中，聚对二甲苯可以防止HATCN膜在真空中氧化和挥发，从而可以在不损失p型掺杂效果的情况下形成氧化铝膜。从晶体管的传输特性可以清楚地看出，具有受这种双重结构保护的表面的器件可以防止氧和水分子的渗透，并且我们已经找到了形成针对任何化学掺杂剂的保护膜的方法。

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: 松永優希; 廣谷潤; 大町遼
• 通讯作者: 大町遼

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

掺杂1,4,5,8,9,11-六氮杂苯并六腈的高耐温p型碳纳米管晶体管

• DOI: 10.1063/5.0087868
• 发表时间: 2022
• 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
• 影响因子: 1.6
• 作者: Ushiroguchi Ryo;Suizu Rie;Matsunaga Yuki;Omachi Haruka;Doi Yuya;Masubuchi Yuichi;B;ow Shunji;Awaga Kunio
• 通讯作者: Awaga Kunio

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

掺杂1,4,5,8,9,11-六氮杂苯并六腈的高耐温p型碳纳米管晶体管

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Matsunaga; Jun Hirotani; Haruka Omachi
• 通讯作者: Haruka Omachi