共同研究・競争的資金等の研究 - 林 靖彦
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ナノ構造を精密制御した超高効率カーボンナノチューブ紡績糸・熱電発電素子の開発
研究課題/領域番号：24K00928 2024年04月 - 2027年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
林 靖彦, 鈴木 弘朗, 李 秦宜
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水系と非水系の両方で高速輸送機能を発現するロバストなナノチャネル輸送膜の開発
研究課題/領域番号：23K17369 2023年06月 - 2026年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(開拓)
松本 英俊, 林 靖彦, 徳増 崇, 羽田 真毅
配分額：25740000円 （ 直接経費：19800000円 、 間接経費：5940000円 ）
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環境に優しい高体積容量アルミニウム多価イオン電池の３次元多孔質炭素電極と耐腐食性セパレータの開発
研究課題/領域番号：JPMJTM22DR 2022年10月 - 2023年09月
科学技術振興機構(JST) 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) トライアウト
担当区分：研究代表者
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高効率な熱電変換を実現する配向性を制御した鉛フリーペロブスカイト・ナノ構造の創製
研究課題/領域番号：22F21358 2022年04月 - 2024年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費 特別研究員奨励費
林 靖彦, ELBOHY HYTHAM
配分額：2300000円 （ 直接経費：2300000円 ）
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高効率な熱電変換を実現する配向性を制御した鉛フリーペロブスカイト・ナノ構造の創製
研究課題/領域番号：21F21358 2021年11月 - 2024年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
林 靖彦, ELBOHY HYTHAM
配分額：2100000円 （ 直接経費：2100000円 ）
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持続的農業を実現する作物生体ナノデバイス開発
研究課題/領域番号：21K19117 2021年07月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
平山 隆志,林靖彦
担当区分：研究分担者
配分額：6500000円 （ 直接経費：5000000円 、 間接経費：1500000円 ）
申請者らは、これまでに、植物を含む生物の経時的な成長状態や生理状態データを用いた非線形の形質予測モデルを構築することにより、環境要因や遺伝要因データから生体の動態を予測することが可能であることを実証した。一方で、予測に必要なデータの取得は、現段階ではコスト、時間、労力の点で効率が低く、より簡便に生体の生理状態に関するデータを取得する技術の開発が、基礎生物学のみならずその社会実装を実現する医学、農学においても不可欠である。本研究は、センサー開発においてコスト、操作、そして倫理的な点においてもハードルが低い植物を用いて、現在注目を集めているカーボンナノチューブ（CNT/SWNT）を利用して生理状態を把握する生体センサーを開発することを目指している。2021年度は、まずその観測システムの構築をおこなった。CNT/SWNTを用いて植物体内の活性酸素の変動を観測した報告を参考に、観測システム構築を行なった。これまでに、ほぼ同様のCNT/SWNTを利用した報告例が２報あるが、互いに異なるデータもあり、その検証や改良点の抽出も含めた検証実験との位置付けである。その結果、いずれの報告とも多々で相違が見受けられたものの、タバコ葉において傷害で誘導された活性酸素を観測することに、独自に構築したシステムを利用して成功した。また、CNT/SWNTをDNAで分散させる場合の条件検討も試みた。さらに、新たな物質のセンサー開発のために、生体分子のアプタマーとして報告があるDNAの情報を探索し、それらを合成しセンサー開発を進めた。この他、異なる薄幕を用いた基盤を利用したセンサーの開発についても検討を始めた。
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医療・介護現場での作業負担を軽減するカーボンナノチューブ紡績糸を⽤いた装着型排泄検知ガスセンサー の開発
2021年05月 - 2022年03月
国⽴研究開発法⼈科学技術振興機構 研究成果展開事業 A-STEPトライアウトタイプ
担当区分：研究代表者
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高効率熱電発電を実現するカーボンナノチューブ糸の材料設計・制御技術の開拓
研究課題/領域番号：21H01371 2021年04月 - 2024年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
林 靖彦
配分額：17810000円 （ 直接経費：13700000円 、 間接経費：4110000円 ）
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ナノ界面における水分子の拘束に注目した人工輸送チャネル膜におけるゲート機能の創出
研究課題/領域番号：20K21120 2020年07月 - 2022年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
松本 英俊, 林 靖彦
配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）
本研究では、人工輸送チャネル膜において、外部環境（温度と圧力勾配）をトリガーとする新規なゲート機能の創出を目指し、垂直配向カーボンナノチューブ（CNT）アレイ/高分子複合膜を用いて、種々の温度・圧力勾配条件下で水および溶質の透過実験を行った。透水実験の結果から、温度と圧力勾配の条件設定によって透水流束のON/OFFが可能であること、そして温度および圧力勾配条件はスリップフローの発生の程度に影響を与えることを明らかにし、ナノチャネルにおける透水流束制御の可能性を示した。溶質分子の透過実験では排除率の温度依存性はみられなかった。
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真なる人間支援を目指すポリマー糸/カーボンナノチューブ複合繊維軽量人工筋肉の開発
研究課題/領域番号：19K21946 2019年06月 - 2021年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
林 靖彦, 松本 英俊, 西川 亘
配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）
カーボンナノチューブ（CNT）ウエブに電流を印加して発生するジュール熱を使い，エラストマー糸を伸縮させる人工筋肉の実現には，これまでに培ってきた「硬い」アクチュエータ機構の概念は利用できない．このため，やわらかなエラストマーと電気・熱などの外部刺激をどのように複合化するかなど設計・作製について研究を行った．CNTの弾性率がエラストマーに比べ大きく，このためエラストマー糸の延伸が妨げられ，伸縮動作が十分に発揮できない問題が明らかになった．このため，CNTウエブをエラストマー糸に巻き付ける方法を提案し，その作製条件の最適化することで，生体筋やナイロン6,6糸に比べて大きな発生力を実現した．
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低消費電力で大変位・高出力の限界を極める熱刺激型軽量コイルアクチュエータの開発
研究課題/領域番号：19H05332 2019年04月 - 2021年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型) 新学術領域研究(研究領域提案型)
林 靖彦
配分額：10400000円 （ 直接経費：8000000円 、 間接経費：2400000円 ）
結晶性ポリマー糸材料開発および2層カーボンナノチューブ（DWCNT）繊維のナノ構造制御，そして，ポリマー糸とCNT繊維の複合加工プロセス・形状制御，熱の散逸を抑制しポリマー糸への効率的な熱伝導機構を実現し，発生力と収縮率を向上させ柔軟（しなやか）で強靱性に優れたアクチュエータを開発した．これを実現するため，以下の研究を実施した．
【研究1：低消費電力で大変位・高出力を実現する結晶性ポリマー糸の開発】結晶性ポリマーは，加熱により収縮するエントロピー弾性を示し熱収縮する．マテリアルズ・インフォマティクスの手法を活用し，ポリマー（低密度ポリエチレン）糸作製時に，収縮を担うタイ分子が配向し結晶部間をつなぐ構造をとるポリマー材料を設計・合成技術を開拓した．高角および小角X線散乱による微細構造評価により，伸縮性の大きなポリマー糸の物性を解明した．【研究2：DWCNT糸とポリマー糸の複合化によるソフトアクチュエータ構造の開発】DWCNTに通電して発生する熱を利用して，ポリマー糸の収縮を誘起する．DWCNTの高熱伝導性のため，効率的にポリマー糸へ急速に熱伝導が起こり，高速な運動が可能になった．また，アクチュエータ内部からの急速な放熱の発生で，これまでに実現できていない高速な動作が可能となった．これにより，従来の課題であった消費電力を大幅に低減させることができた．【研究3：複合繊維コイルアクチュエータの物性解明】DWCNTの通電条件を制御し，アクチュエータ温度を室温から100度へ加熱することで，数cmの大変位，生体筋の最大発生力の約4倍を実現した．さらに，温度変化に対する追従性（運動適応能力）が非常に高いことを明らかにした． -
垂直配向カーボンナノチューブ膜を用いた1次元ナノ空間における物質輸送機構の解明
研究課題/領域番号：18K18994 2018年06月 - 2020年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
松本 英俊, 林 靖彦
配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）
本研究の目的は、垂直配向カーボンナノチューブ（CNT）/高分子複合膜を用いて、CNT内の水透過挙動に与える温度とCNT長の影響を詳細に調査することによって、CNT内部空間における水輸送メカニズムの解明に挑戦することである。
本年度は、CNT内における水透過挙動の特徴を明らかにするためにCNT内の透水性の温度依存性と水存在状態の関係を調べた。先ず、化学気相成長（CVD）法とフッ素系高分子の気相蒸着重合を用いて、反応試薬と反応条件を詳細に検討することによって化学的安定性に優れた垂直配向CNTアレイ/高分子複合膜を作製することに成功した。得られた複合膜について全量濾過方式のセルを用いて、圧力差0.1 MPa、測定温度=15～45℃の条件下で水および有機溶媒の透過流束を測定した。水は26℃以下では膜を透過せず、透水挙動の温度依存性は36℃付近で活性化エネルギーが変化する挙動を示した。一方比較のために実施した有機溶媒の透過実験では、このような温度依存性は観察されなかった。さらに透水実験後の膜について行った示差走査熱量分析測定から、36℃付近で水の融解ピークが観察された。 -
光と物質の一体的量子動力学が生み出す新しい光誘起協同現象物質開拓への挑戦
研究課題/領域番号：18H05208 2018年04月 - 2023年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特別推進研究 特別推進研究
腰原 伸也, 石川 忠彦, 沖本 洋一, 東 正樹, 林 靖彦, 羽田 真毅, 桑原 真人, 宮坂 等, 石原 純夫
配分額：630110000円 （ 直接経費：484700000円 、 間接経費：145410000円 ）
本研究では、物質と光子が一体化した場で極短時間に発現する、光励起特有の新秩序状態(Hidden State)の特性や生成過程を、フェムト秒分光・電子線構造観測手法を用いて解明し、超高速可逆光相換物質の開拓や新奇(光誘起マルチフェロイクス)物質の開拓に挑戦することを目的としている。
本年度は研究初年度であるため、この物質開発に必要不可欠な、30fs超短パルス電子線回折装置のデザインと構築を当初計画通り実施した。電子銃、加速装置、パルス幅圧縮装置やそのRF回路等市販品は皆無なため、全て独自にデザインし導入した。特に後年度実施のパルス圧縮用RF空洞、スピン偏極線源導入に備えた独自デザインチャンバーに、昨今の物質探索面から必要性が急速に増しているTHz域励起光導入を可能とする設計変更を施した。現在真空槽を組み上げ真空度の向上を行っている。さらに超広帯域励起光源(含むTHz域:自作)の構築準備設計も開始した。
観測装置の準備と並行して、超高速光学測定によって超高速光スイッチ・マルチフェロイック物質開拓にとって有望な有機物(複合スピンクロスオーバー系や磁性転移を伴う中性-イオン性転移系)、Co酸化物系に関して（浅香とも密接に薄膜試料準備で連携）、現有のサブピコ秒電子線発生装置を活用して構造変形と光電機能の関連解析に集中的に取り組んだ。この結果、Co系酸化物絶縁体で、巨大光学特性変化を伴う酸素イオンの大規模な光誘起移動現象や強誘電性変化が起きることを発見した。これらの結果は、スピン状態の変化も伴った、光励起状態特有のHidden Stateの出現を強く示唆している。これらの成果は理論解析グループにとっても格好のターゲットであり、データ解釈の物理基本モデルに関して理論との密接な協力を行い、光励起による高スピンポーラロン相出現の可能性の検討など新概念提案に向けた計算を開始した。 -
引張強度6GPaを超える超高強度・超軽量カーボンナノチューブ紡績糸の創製
研究課題/領域番号：18H01708 2018年04月 - 2021年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
林 靖彦, 鶴田 健二, 羽田 真毅, 西川 亘, 徳永 智春
配分額：17810000円 （ 直接経費：13700000円 、 間接経費：4110000円 ）
本研究では，基板の合成した長尺・高密度の数層カーボンナノチューブ（CNT）フォレスから，乾式で紡績法によりCNT長繊維を作製し，実用上ベンチマークとなる炭素繊維の強度を超える引張強度のCNT長繊維の実現を目指した．室温からCNT合成初期の温度までの触媒金属粒子の形状変化を明らかにし，2層CNTを選択的に合成することが可能となった．そして，真空および極簿エタンガス中でCNT長繊維全体に通電加熱することで，残留するアモルファスカーボンの除去とグラフェンへの構造変化が同時に起こっていることを明らかにした．さらにCNT繊維を一方向に配向させる紡績糸技術により，2.5GPaを超える高強度が実現できた．
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引張強度6GPaを超える超高強度 ・超軽量カーボンナノチューブ 紡績糸の創製
2018年04月 - 2021年03月
文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(B) （一般）
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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垂直配向カーボンナノチューブ 膜を用いた1次元ナノ空間にお ける物質輸送機構の解明
2018年04月 - 2020年03月
文部科学省 科学研究費補助金 挑戦的研究（ 萌芽）
松本 英俊
資金種別：競争的資金
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2025年に人類が直面する水不足を解決する究極のカーボンナノチューブ分離膜創製
研究課題/領域番号：17K20065 2017年06月 - 2019年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽) 挑戦的研究(萌芽)
林 靖彦, 松本 英俊, 羽田 真毅, 井上 寛隆, 白濱 志帆, 張 紹玲, 相羽 誉礼
配分額：6370000円 （ 直接経費：4900000円 、 間接経費：1470000円 ）
熱化学気相成長法（熱CVD）により，基板に垂直配向した長尺・高密度二層カーボンナノチューブ（DWCNT）アレーを高速で合成し，炭化水素高分子でコートし，DWCNTのチューブ空間を水流チャネルとする「水処理膜（分離膜）」を作製する．透過型電子顕微鏡からDWCNTの平均チューブ径は3.4nmで，チューブ径の細径化ができた．この膜を全量濾過方式のセルにより透水実験を行い，室温付近では透水性を示さず，温度上昇とともに透水流速が急増する特異的な現象を実験で突き止めた．時分解電線回折装置により水分子薄膜をその場で堆積させるシステムを開発した．
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2025年に人類が直面する水不足 を解決する究極のカーボンナノ チューブ分離膜創製
2017年04月 - 2019年03月
文部科学省 科学研究費補助金 挑戦的研究（ 萌芽）
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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高強度・高耐食性の実現に向けたマグネシウムとカーボンナノチューブの複合化技術および複合線材の開発
2016年06月 - 2017年03月
国立研究開発法人科学技術振興機構 平成28年度 マッチングプランナープログラム「企業ニーズ解決試験」
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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研究課題/領域番号：26600045 2014年04月 - 2016年03月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究 挑戦的萌芽研究
林 靖彦
配分額：3900000円 （ 直接経費：3000000円 、 間接経費：900000円 ）
本研究では，熱化学気相成長法（CVD）により高速に成長した長尺・高密度カーボンナノチューブ（CNT）を成長し，バインダー無しの乾式紡糸で，高強度で高導電率を兼ね備えた連続繊維化可能な超軽量・長距離CNT線材を実現する．
このため，基板温度および炭化水素ガスの導入・流量を最適化し，パーティクルサイズと触媒微粒子の構造を制御することで，紡糸可能な2層CNTの成長割合を高める．また，CNT線材はCNTを束ねたものであり，それぞれのCNTは分子間力で結合しているため，真空チャンバー中で導入するガスや圧力を制御し，CNT線材にバイアスを印加し結合を強固なものにすることで機械的および電気的特性向上を目指す． -
二層カーボンナノチューブのナノからマクロへの展開
2014年04月 - 2016年03月
文部科学省 科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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カーボンナノチューブ・シームレス接合技術の開拓
2013年10月 - 2014年09月
独立行政法人科学技術振興機構 平成25年度先端的低炭素化技術開発事業 フィジビリティースタディー
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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超高強度で超低抵抗の超軽量カーボンナノチューブ線材の開発
2013年10月 - 2014年03月
独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラムA-STEPフィージビリティスタディステージ探索タイプ
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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ナノカーボンを基盤とする超軽量・大面積放射性物質吸着フレキシブルシートの開発
2012年10月 - 2013年09月
独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラム復興促進プログラム（A-STEP）
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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カーボンナノホーンによる高導電性・高熱伝導性ゴムペーストの開発
2010年10月 - 2011年03月
独立行政法人科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラムA-STEPフィージビリティスタディステージ探索タイプ
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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スピントロニクスを目指した鉄コバルトナノワイヤー内包カーボンナノチューブ作製評価
2009年04月 - 2011年03月
独立行政法人日本学術振興会 平成21年度(2009年度)英国との共同研究(RS)
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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フラーレン内包1次元カーボンナノチューブ複合体による3端子スイッチング素子の開発
2009年04月 - 2011年03月
文部科学省 科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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フラーレン内包1次元カーボンナノチューブ複合体による3端子スイッチング素子の開発
研究課題/領域番号：21655067 2009年 - 2010年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究 挑戦的萌芽研究
林 靖彦
配分額：3000000円 （ 直接経費：3000000円 ）
本研究では,基板上に垂直配向させた3本の金属内包フラーレン(以後CNTとよび,3本の金属内包CNT_sのそれぞれをT1,T2,T3と呼ぶ)とカーボンナノチューブで構成した「ピーポッド」(以後「ピーポッド」と呼ぶ)の電気・磁気的相互作用を利用し,高周波ナノエレクトロメカニカルスイッチなど新規ナノ磁性素子を開発する.本年度は,以下の研究を実施した.
1.CNT成長とピーポッド作製(担当:岸,種村)
【素子構造に基づくピーポッド】
前年度と同様な方法により,Si基板上に垂直に配向したCNTの先端をプラズマ処理により開管させ,その後フラーレンとCNT基板を石英官に封入し加熱することで,ピーポッドNEMS構造を作製した.CNTの両端を開管させた場合と異なり,フラーレンがチューブ内に密に内包させることが困難であった.本研究では,分子線エピタキシー装置を用いて,分子線セル(クヌーセンセル)からフラーレンを加熱昇華させ,超高真空中でかつ基板温度を最適化することで,チューブ内に密に充填させることができた.
2.ピーポッドNEMSの微細構造評価(担当:徳永)
電気的測定を前後でピーポッドの高分解TEM観察し,内包する金属の位置の変化に注目して評価を行った.しかし,金属の位置の明瞭な変化を観測することができなかった.電気的測定における印可バイアス条件にも依存することが考えられ,今後は印可バイアスの異なる試料の観察を行う. -
鉛蓄電池再生を目指した活性・強化液添加剤カーボンナノ粒子懸濁液製造法の開発
2008年10月 - 2010年03月
独立行政法人科学技術振興機構 平成20年度地域ニーズ即応型
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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FeCo単結晶ナノワイヤ内包CNT垂直磁化強磁性材料の作製と評価
2008年04月 - 2011年03月
文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(B)
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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FeCo単結晶ナノワイヤ内包CNT垂直磁化強磁性材料の作製と評価
研究課題/領域番号：20360313 2008年 - 2010年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
林 靖彦, 種村 眞幸, 金子 賢治, 藤田 武志
配分額：19240000円 （ 直接経費：14800000円 、 間接経費：4440000円 ）
本研究は,カーボンナノチューブ(以後CNTと呼ぶ)を成長する際にFeCoナノワイヤをチューブ内に内包することで,ナノ領域でアスペクト比が大きな形状, CNTにより大気から遮断した,「FeCo単結晶ナノワイヤ」を作製しナノ磁性を評価する.本研究から,スピントロニクス・デバイスとして活用できる機能を見出し,(1)空気中で安定,(2)室温で大きな保持力,(3)大きな磁気異方性を併せ持っ機能の発現をより顕在化させる材料設計の知見を得る.
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Synthesis and characterization of carbon nanotube encapsulated ferromagnetic metal nanowires: Towards spin electronic applications
2008年
独立行政法人日本学術振興会 平成20年度第I期 国際学会等派遣事業
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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ナノインプリント技術による産業用カーボンナノチューブ光輝度光源の開発
2006年09月 - 2007年02月
独立行政法人科学技術振興機構 シーズ発掘試験研究
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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金属内包ナノチューブの合成とスピンエレクトロニクスデバイスへの応用
2004年04月 - 2006年03月
文部科学省 科学研究費補助金 萌芽研究
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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超弾力性カーボンマイクロコイルを用いた超高感度・多機能型センサー/MEMSの開発
研究課題/領域番号：16360039 2004年 - 2006年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
元島 栖二, 谷 和男, 川村 拓也, 林 康彦, 菱川 幸雄, 葛谷 知洋
配分額：14800000円 （ 直接経費：14800000円 ）
1)超弾力性カーボンマイクロコイル(CMC)の合成条件の確立を行った。
センサ原料である超弾力性カーボンマイクロコイルの合成条件(特に実用化を視野に入れた大量合成条件)を明らかにした。また得られたコイルの形態・微細構造解析及び物性評価を行った。
2)セラミックス/カーボンマイクロコイル(CMC)複合コイルの合成と特性評価を行った
SCMC表面に、種々のセラミックス膜(絶縁性、半導体性、金属性、磁性膜など)をコーテングして、その機械的・電磁気的特性を改善することにより、種々の目的に適した特性を持つセンサ素子の開発を試みた。
3)CMCセンサ素子の設計・試作・特性評価を行った。
種々の形態・大きさのCMCを、弾力性樹脂中に分散固定化させたCMCセンサ素子を作成し、その最適作製条件を明らかにした。
4)CMCセンサ素子の特性評価を行った。
種々のCMCセンサ素子について、マイクロ触覚・圧覚・温覚センサー特性、アクチュエータ特性などの評価を行った。CMCセンサ素子は触覚センサ特性と共に近接覚センサ特性がある事を見出した。
5)CMCセンサ素子のロボットアーム、内視鏡カテーテルなどへの装着と特性評価を行った。
内視鏡支援ロボットアーム、カテーテルなどへ装着し、触覚の種類・圧力、接触物の硬・柔特性などの検出を試みた。CMCセンサ素子は非常に高感度であるが、その分外乱因子によりノイズが発生しやすいことがわかり、その対策を検討した。 -
金属内包ナノチューブの合成とスピンエレクトロニクスデバイスへの応用
研究課題/領域番号：16651065 2004年 - 2005年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 萌芽研究 萌芽研究
林 靖彦, 曽我 哲夫, 金子 賢治
配分額：3400000円 （ 直接経費：3400000円 ）
平成16年度に引き続き,基板バイアス印可プラズマ化学気相成長法により,強磁性金属内包多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)の基板配向性の制御,基板バイアスが内包金属へ与える影響を明らかにした.MWCNTsに内包する金属として,予めSi基板に積層したPd/Co金属薄膜を用いて,チューブ内にMWCNTsを成長すると同時に強磁性金属を内包させた.
Si基板に垂直に配向したPd/Co内包MWCNTs基板を用い,試料振動型磁力計(VSM)で磁性体の磁気特性の評価を行い,磁気ヒステリシス曲線(B-H曲線)より保磁力,飽和磁束密度,残留磁束密度時期特性の評価を行った.Pd/Co内包MWCNTsに平行および垂直に磁化することで,容易磁化方向はMWCNTsに平行であることが分かり,デバイス開発に必要な情報を得ることが出来た.
基板に配向したPd/Co内包MWCNTs試料を,高角度まで傾斜させながら連続的にTEM像を取得し,得られた一連の連続傾斜像からその切片の三次元情報を再構築する電子線トモグラフィを用いて,強磁性金属内包CNTsの形状の詳細な分析を行った.金属はチューブ内に一様に内包されていることを確認した.この他,TEMを用いた電子線ホログラフィにより内包した単一の金属の評価から,ナノ領域での磁束分布や磁化の様子を明らかにした.
平成16年〜平成17年で行った本研究結果から,Pd/Co内包MWCNTsを用いた新規な物質やスピンエレクトロニクスデバイスなどの広範な応用が期待できると考えている. -
高効率・低コスト次世代太陽電池素子用環境考慮型炭素系半導体材料の研究
2002年04月 - 2004年03月
文部科学省 科学研究費補助金 若手研究(B)
林 靖彦
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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高効率・低コスト次世代太陽電池素子用環境考慮型炭素系半導体材料の研究
研究課題/領域番号：14750232 2002年 - 2003年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B) 若手研究(B)
林 靖彦
配分額：3000000円 （ 直接経費：3000000円 ）
平成15年度は,具体的な技術確立目標として,Phase 2.(n型伝導性・抵抗率制御技術)およびPhase 3.の研究を行った。
Phase 2.a-C膜への不純物添加とn伝導性・抵抗率制御技術の確立
様々な方法でa-C膜への不純物導入が試みられたが,光学ギャップやスピン密度等薄膜物性への影響を及ぼすことなく伝導性・抵抗率制御を行った報告は無い.本研究では,カーボン薄膜堆積用と不純物導入用窒素プラズマ条件を別々に制御・最適化することで,不純物を導入しない場合と比較し,最大6桁の導電率上昇を観測し,a-C膜への不純物導入技術を確立した.窒素導入条件(不純物量)を層ごとに変えた多層a-C膜を,2次イオン質量分析装置を用いて評価し,不純物量に応じた2次イオンカウント数を観測した.本方法により,薄膜物性に影響を及ぼすことなく,抵抗率の制御を広範に行うことが可能となった.太陽光に対する抵抗率を室温で観測したが,暗状態の1.3倍程度の導電率の変化で,欠陥密度の低減が今後重要な課題になると思われる.
Phase 3.太陽電池の試作と電池特性の評価
n型a-C膜をp型Si基板上堆積した,ヘテロ構造a-C膜太陽電池の試作と太陽電池の諸特性(変換効率,量子効率等)を評価し,n型a-C膜の太陽電池材料としての特性を明らかにした.本構造により,変化効率0.02%を達成し,量子効率に結果からa-C膜からの発電が寄与していることを確認した.また,a-C膜のみから構成する太陽電池を作製しp/nの整流性を観測したが,疑似太陽光下での発電を確認することが出来なかった.
平成15年度に得られた結果は,現在論文誌に投稿中です. -
多波長光デバイス集積化のための異種材料一体化技術
研究課題/領域番号：13026213 2001年 - 2003年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 特定領域研究 特定領域研究
神保 孝志, 林 靖彦, 曽我 哲夫, 江川 孝志, 梅野 正義, 石川 博康
配分額：35800000円 （ 直接経費：35800000円 ）
種々の発光デバイスをSi基板上に集積することを目的として,GaN系及びGaAs系発光デバイスをSi基板上に作製した。
GaN系ではSi基板上に高品質結晶を成長させるには高温成長AlNを緩衝層に使うと高品質結晶が得られるがAlNとSi接触部の電気抵抗が高いという問題があった。この原因として考えられていたAlNとSiのバンドオフセットを測定し,AlN層の高抵抗化の原因を確かめた。また,薄いAlNを使うことによりSi基板上GaInN LEDで従来7〜10Vであった20mA注入時の動作電圧を4.1Vまで下げることができ,発光特性も改善できた。
Si基板上GaAs系素子では,初年度にSiO_2マスクの開口部から結晶成長させ,更に横方向成長させることにより240時間というレーザの動作寿命を達成した。
プラズマ処理による欠陥不活性化を目指した実験を行い,PH_3系プラズマ処理が有効である可能性を確かめた。しかし,素子寿命改善のためには更に研究を進める必要がある。
Si基板と発光デバイスの接着ではSeS_2を用いる接着法および新たに考案した2段階接着法により,GaAs基板上に成長させたGaAs系受光デバイスをその特性を大きく損ねることなくSi基板に接着し,GaAs基板を分離することができた。発光素子への応用は今後の課題として残った。
活性領域の微細化により,欠陥を避けてデバイスを作製し素子寿命を延ばそうとする方法では初年度にInGaAsドットを活性領域とするレーザで80時間の動作寿命を得たが,その後大きな改善は得られなかった。
GaInN系発光素子はSi基板上でも良好な特性を示し,実用化に近いが,Si基板上のGaAs系発光素子の実用化には更に多くの研究が必要である。 -
シリコン基板上ガリウム砒素・ガリウム窒素の結晶成長と機能デバイスの研究
研究課題/領域番号：12305021 2000年 - 2002年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
梅野 正義, 江川 孝志, 井戸 敏之, 脇田 紘一, 石川 博康, 曽我 哲夫, 神保 孝志, 林 靖彦
配分額：41090000円 （ 直接経費：35900000円 、 間接経費：5190000円 ）
シリコン(Si)基板上に化合物半導体(GaAsとGaN)をヘテロエピタキシャル成長を行い、その結晶性を評価し、デバイスとしてレーザー、太陽電池、発光ダイオードおよび高移動度トランジスタ(HEMT)を試作した。
(1)GaAs/Si
Si上にH_2プラズマやPH_3プラズマの照射することにより、GaAsを成長した場合に、非常に多くの転位欠陥を発生するが、その転位を再結合センターとして働かないようにして、少数キャリアデバイスとしての発光ダイオード、レーザーおよび太陽電池の効率および寿命の大幅な改善を行った。
(2)GaN/Si
これまでのGaNのエピタキシャル成長はサファイア基板上に行っていたが、サファイアが絶縁体であるので、多くの欠陥密度の発生を供うと共に静電破戒でデバイスを損うことが多かった。それを大面積で、導電性があり、しかも低コストのSi基板を用いて、その上にGaNのヘテロエピ成長を行い良好な結晶成長を得ることができた。最近では、4インチのSi基板に一様性の良いGaN結成長にも成功した。そして、InGaN/Si LEDを試作し、明るい青色および緑色のLEDが出来、安価で静電破戒も無く明るい実用的なSi基板上LEDが出来た。
以上の成果は、8件の論文として、国内外の国際的学術誌に発表すると共に、学術誌「応用物理」2003年3月号に招待論文「Si基板上へのGaAs系およびGaN系結晶のヘテロエピタキシーとデバイス応用」として総合研究報告を行った。 -
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資金種別：競争的資金
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資金種別：競争的資金