NECら、半導体型CNTの高純度製造技術を確立：非イオン性界面活性剤で分離

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。