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» 2018年02月09日 09時30分 公開

非イオン性界面活性剤で分離:NECら、半導体型CNTの高純度製造技術を確立

NECと産業技術総合研究所(産総研)、名城ナノカーボンは、純度が高い半導体型の単層カーボンナノチューブ(CNT)を製造する技術を確立した。

[馬本隆綱,EE Times Japan]

ELF法で純度は99%以上

 NECと産業技術総合研究所(産総研)、名城ナノカーボンは2018年2月8日、純度が高い半導体型の単層カーボンナノチューブ(CNT)を製造する技術を確立したと発表した。名城ナノカーボンは、印刷エレクトロニクスで生産するトランジスターのチャネル材料などに向けて、2018年度よりサンプル品の販売を行う。

 単層CNTは、炭素の並び方の違い(巻き方)によって、半導体型と金属型が混在して生成される。トランジスターを製造する材料(高機能性インク)として用いるには、半導体型CNTだけを分離して使う必要がある。これまでも分離する技術は提案されてきたが、イオン性界面活性剤などを用いるため、トランジスターの動作が不安定になる可能性があった。

 NECと産総研は、イオン性界面活性剤を使わずに半導体型の単層CNTを分離する技術「電界誘起層形成法(ELF法)」を開発。新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)プロジェクトにおいて、99%以上の高純度で半導体型CNTを分離することに成功した。これらの成果を基に、名城ナノカーボンを加えた3者は、ELF法を用いた半導体型CNTの量産技術を初めて確立した。

電界誘起層形成法(ELF法)により99%以上の高純度で分離した半導体型と金属型CNTの分散液(半導体型CNTは青色、金属型CNTは赤色) 出典:NEDO他

 開発したELF法は、単層CNTを非イオン性界面活性剤で分散した液を分離装置に入れ、上下に配置された電極に電圧を印加して分離させる。具体的には、半導体型と金属型で異なる表面電位の差を利用した。無担体電気泳動により陰極と陽極にそれぞれ移動させ、分離槽内の分散液に密度の勾配を形成する。これによって半導体型と金属型の単層CNTは安定的に分離するという。

左はELF法による単層CNT分離装置、右は光吸収スペクトル 出典:NEDO他

 研究グループは、半導体型CNTの高機能性インクを使って、16×16個の電界効果トランジスター(FET)をフレキシブル基板上に作製し、その特性を評価した。この結果、オン状態とオフ状態が完全に分かれる良好な特性を確認した。しかも、開発した材料は塗布や印刷特性に優れており、生産性や製造コストの点でもデバイスの量産に適しているという。

半導体型CNTの高機能性インクを用いて作製したFETの特性 出典:NEDO他

 今回開発した半導体型CNTについて名城ナノカーボンは、国内外の企業や大学、研究機関などに対し、2018年度よりサンプル品の販売を始める。向こう3年間で100社/団体に提供し、センサーデバイスへの応用などさまざまな用途開拓に取り組む予定だ。

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