熱の局在化を基軸とした超低エネルギー金属ナノシートガスセンサの創出

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本研究課題では，気相の情報を低エネルギーで繰り返し認識できるガスセンサを，金属ナノシートで創出することを目的としている．その実現のために，高電流密度により発生するジュール熱をナノシート部だけに局在させる設計と，繰り返し動作に耐えるナノシートの表面制御が不可欠であり，これらを電極およびチャネル部の構造最適化と交流電流の利用によって実現することを目指している．本年度は，ジュール加熱の適用に向けて，(1)硫化水素を選択的に検知できるAuナノシートについて，電極に低熱伝導率材料を採用することによるAuナノシートチャネル部への熱の局在化，(2)印加電流に交流電流を用いることによるエレクトロマイグレーションの抑制，(3)ジュール加熱時の温度分布を推定する新規ナノスケール温度計測手法の開発を行った．その結果，(1)については，Auより熱伝導率が5倍程度低いPtを電極材料として用いることで，チャネル部に熱が局在し，Au電極を用いた時に比べてより低エネルギーでセンサが動作することを見出した．(2)については，印加する交流の周波数が増加するに従ってセンサ寿命が向上し，10kHz以上の高周波で長期間の測定に十分な寿命が得られることを確認した．(3)については，Auナノシートにチオール系の自己組織化単分子膜を修飾し，ジュール加熱前後のデバイス表面の表面電位を取得することで，自己組織化単分子膜の分布から温度を分解能100ナノメール以下のスケールで測定可能なことを見出した．今後は，チャネル構造および電極構造の最適化，および温度分布測定の定量化を行っていく．