カーボンナノチューブによる連続可変バンドエンジニアリングの構築と光・電子素子応用

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本研究では、カーボンナノチューブデバイスを用いて、(1)"電界・応力"という外部入力により可変的に"バッド端変調・バンドギャップ変調"を行う新たなバンドエンジュアリングを構築することを目的とする。また、本研究での外部入力によるバンド端・バンドギャップ変調の実現により、より複雑なキャリア挙動の動的制御や発光波長の連続制御が可能となることから、本研究では連続可変バンドエンジニアリングの応用として、(2)キャリア再結合時間の動的制御による単一光子発生素子およびバンドギャップ連続制御による波長可変発光素子の開発という、これまでのバンドエンジュアリングでは実現できない新規光・電子デバイス開発を行う。本年度は、(a)発光素子実現のためのキャリア制御法の構築、(b)局所電界印加素子の作製、(c)応力による連続可変なバンドギャップ制御に関する研究を行った。(a)では、フォトルミネッセンスで発光が確認されている化学気相法により成長したカーボンナノチューブ薄膜に対して、低・高仕事関数電極形成することにより、n型、p型、アンバイポーラ特性が得られることを明らかにした。(b)では、一本のカーボンナノチューブまたはカーボンナノチューブ薄膜に対して局所的に電界を印加可能な素子の作製を試みた。その結果、一本のカーボンナノチューブを用いた素子で、二重結合量子ドット形成によるゲート電圧特性を得ることに成功し、局所ゲート電圧印加に成功した。(c)では、圧電素子を用いてカーボンナノチューブに対して応力印加可能なデバイスを試作した。この素子におけるフォトルミネッセンス測定により、一本のカーボンナノチューブに対して引っ張り歪を印加することで、連続的にバッドギャップが制御できることを示すとともに、繰り返し歪により、可変的にバンドギャップが制御できることを示した。