新材料

[3112] アンモニアガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入とその電子物性

^〇横山幸司¹, 佐藤良憲², 平野一孝², 田路和幸¹, 佐藤義倫^1,3 (1.東北大学大学院環境科学研究科, 2.ステラケミファ株式会社, 3.信州大学先端領域融合研究群バイオメディカル研究所)

キーワード：単層カーボンナノチューブ, 窒素ドープ, フッ素化, アンモニア, n型半導体特性

単層カーボンナノチューブ（SWCNTs）は、新たな有機半導体材料として様々なデバイスへの応用が期待されている。しかし、n型半導体特性を示すSWCNTsは合成困難という課題がある。SWCNTsへの骨格置換型窒素導入（窒素ドープ）はn型ドープ処理の有力な手段の1つではあるが、その合成プロセスはSWCNT表面の低反応性により、複雑かつ高負荷なものであった。本研究では、フッ素ガスを用いてSWCNTsをフッ素化することで表面の反応性を高める手法を提案し、このフッ素化SWCNTsにアンモニアガスをフローしながら加熱することで、SWCNTsへの窒素ドープを試みた。300℃以上でのアンモニアガス反応により、最大3.0 at.%の窒素原子がチューブ骨格に導入された。窒素ドープによりSWCNTsの結晶性は低下するものの、導電率は5.4×10^-1 S/cmであり、有機半導体としては極めて高い値を維持していた。さらに、大気中でのゼーベック係数測定の結果から、本手法を用いて窒素ドープしたSWCNTsは安定なn型半導体特性を示すことも明らかとなった。