半導体CNT用いた高感度赤外線センサーを開発：従来材料比で感度は約11倍

京都工芸繊維大学と中央大学は、産業技術総合研究所（産総研）の協力を得て、半導体カーボンナノチューブ（CNT）を用い、冷却しなくても動作する「高感度赤外線センサー」を開発した。従来の材料を用いた場合に比べ検出感度は約11倍も高いという。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

デバイス内部の欠陥検査やテラヘルツ・赤外線通信の受信素子などに応用

　京都工芸繊維大学と中央大学は2026年2月、産業技術総合研究所（産総研）の協力を得て、半導体カーボンナノチューブ（CNT）を用い、冷却しなくても動作する「高感度赤外線センサー」を開発したと発表した。従来の材料を用いた場合に比べ検出感度は約11倍も高いという。

　研究グループは今回、半導体型の単層CNTを高純度に分離し、p型とn型に制御した薄膜を組み合わせて、赤外線センサーを作製した。ナノチューブに赤外線が照射されるとプラズモン共鳴によって、光エネルギーが効率良く吸収されて温まり、局所的に温度が上昇する。P型とn型の境界部分に生じた温度差を利用して熱電変換を行い、電圧として取り出すことによって、赤外線の強さを電気信号として検出する。

　実験の結果、金属的性質のナノチューブが混在する従来の材料を用いたセンサーに比べ、半導体ナノチューブのみで作製したセンサーは感度が約11倍になることが分かった。こうした性能が得られるのは、半導体ナノチューブが熱電性能に優れ、プラズモン共鳴によって、光エネルギーが効率よく吸収されるためだという。

赤外線検出器の機構［クリックで拡大］ 出所：京都工芸繊維大学他

未分離および半導体CNTを受光層とする赤外線検出器の応答電圧［クリックで拡大］ 出所：京都工芸繊維大学他

　今回は、「半導体型CNTの高純度分離技術」と「熱電性能を最大限に引き出す薄膜形成技術」「p型・n型ドーピング技術」および、「これらの電気特性を長期間安定に保つ封止技術」をトータルで確立した。実験では開発した赤外線センサーを用いて、パッケージ内部にある金属物体の形状を画像化できることを実証した。

　開発した技術について研究グループは、空港などのセキュリティ検査を始め、製品内部の欠陥検査、医療やバイオ分野での診断、テラヘルツ・赤外線通信の受信素子などに応用できるとみている。

半導体CNT赤外線センサーによる非破壊透過イメージングの実証イメージ［クリックで拡大］ 出所：京都工芸繊維大学他

　今回の研究成果は、京都工芸繊維大学材料化学系の野々口斐之准教授、山雄健史教授、稲田雄飛助教、中央大学理工学部の河野行雄教授、李恒助教および、産総研センシング技術研究部門製造センシング研究グループの鈴木大地主任研究員らによるものである。