Room Temperature CO Sensing Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides

近年のIoTの進展に伴い、ガスセンサの携帯型スマートデバイス化が期待されており、小型化と低消費電力化が課題である。一酸化炭素（CO）センサは、有毒ガス警報器の他、呼気分析による呼吸器疾患の診断にも期待されており、微量（ppbレベル）のセンシングが求められている。本研究は、室温作動微量COガスセンサの開発を目的とした。低温でのガスに対する吸着エネルギーが小さく、伝導帯の導電性電荷の変化が大きい、室温で高感度ガスセンサに応用できる可能性が高い材料として、2次元（シート型）カルコゲナイドを対象とした。センサ感度向上には、イオン注入による表面機能化を応用した。小型化・低消費電力化には、ヒータレスのセンサデバイス化のために、シート間接合による自己発熱を利用した。イオン注入には、Ru3+, Sb5+を注入した。材料中の欠陥は、電気抵抗の強力な変調源として作用し、センサ感度を向上できる。イオン注入量に応じて、材料内で発生する電子や正孔の量を制御し、ガスセンサ特性の変化を調べた。また、センサ感度とガス選択性の向上のため、ナノ粒子付与を行った。光還元法の照射時間や照射強度を変えて析出を制御した。また、表面活性化・機能化した試料の表面・界面とガス種との化学結合を、XPS、UPSによって調べた。

近年のIoTの進展に伴い、ガスセンサの携帯型スマートデバイス化が期待されており、小型化と低消費電力化が課題である。一酸化炭素（CO）センサは、有毒ガス警報器の他、呼気分析による呼吸器疾患の診断にも期待されており、微量（ppbレベル）のセンシングが求められている。本研究は、室温作動微量COガスセンサの開発を目的とした。低温でのガスに対する吸着エネルギーが小さく、伝導帯の導電性電荷の変化が大きい、室温で高感度ガスセンサに応用できる可能性が高い材料として、2次元（シート型）カルコゲナイドを対象とした。センサ感度向上には、イオン注入による表面機能化を応用した。小型化・低消費電力化には、ヒータレスのセンサデバイス化のために、シート間接合による自己発熱を利用した。イオン注入には、Ru3+, Sb5+を注入した。材料中の欠陥は、電気抵抗の強力な変調源として作用し、センサ感度を向上できる。イオン注入量に応じて、材料内で発生する電子や正孔の量を制御し、ガスセンサ特性の変化を調べた。また、センサ感度とガス選択性の向上のため、ナノ粒子付与を行った。光還元法の照射時間や照射強度を変えて析出を制御した。また、表面活性化・機能化した試料の表面・界面とガス種との化学結合を、XPS、UPSによって調べた。