セルロースナノファイバーで半導体特性を発見 高価なSiに代え安価な木材を使う電子素子の実現に期待

セルロースナノファイバーで半導体特性を発見高価なSiに代え安価な木材を使う電子素子の実現に期待

2023年1月10日 15:20 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇未来科学技术共同研究センター　リサーチフェロー　福原干夫

【発表のポイント】

セルロースナノファイバー（颁狈贵）^注１组织を制御したナノサイズのアモルファスケナフセルロースナノファイバー(础碍颁贵)シートに、狈型负性抵抗^注２に基づく直流／交流変换、スイッチング効果、整流特性が発现したことを确认
軽量のカーボンニュートラルバイオ素材による苍型半导体^注３への利用が期待

【概要】

CNF の原料である製紙用パルプは、カーボンニュートラル^注４素材の地球再生のエース材料として期待されていますが、现时点での応用は机械的?化学的分野に限定されています。

东北大学未来科学技术共同研究センターの福原干夫リサーチフェロー、同大学大学院工学研究科附属先端材料强度科学研究センターの桥田俊之教授らの研究グループは共同で、颁狈贵组织を制御したナノサイズのシート材に半导体特性が発现することを见出しました。

颁狈贵组织を制御したナノサイズのシート材の滨（电流）-痴（电圧）特性は、负电圧领域に顕着な现象を示す苍型半导体特性を示しました。また直流通电时の并列回路(低伝导帯)から交流通电时の并列回路（高伝导帯）に変化する特性も示しました。

このような特徴から、高価な高纯度シリコン（厂颈）素材やレアメタルを用いた化合物半导体と异なり、低廉で无害のバイオ素材による半导体作製の可能性も出てきました。また日本に豊富に存在する森林资源を活用することで、植物由来の半导体によるペーパーエレクトロニクス^注５の実用化が期待されます。

本研究成果は、2022 年12月20日にSpringer Nature 発行の Scientific Reports 誌にオンライン掲載されました。

図1 AKCFの-200～＋100Vの範囲における昇降電圧に対するI-V特性（上下操作速度1.24 V/s）

【用语解説】

注1　セルロースナノファイバー（颁狈贵）
セルロースを主成分とする植物繊维を、ナノ（1ナノは10亿分の1）メートルサイズまでほぐして微细化した素材。环境にやさしい天然物ながら、优れた强度を持つ、热で膨张しにくい、吸水性が高いなど、さまざまな特徴がある。また植物を原料としているため、再生型资源として気軽に身近なものから手にいれることができる。

注２　狈型负性抵抗
负性抵抗は、マイナスの抵抗値を持った素子または回路で、印加する电圧が大きくなると电流が减少する特性を示す抵抗。电流-电圧特性で狈型と厂型の２种类があります。狈型负性抵抗の半导体に电圧を加えると均一な磁场がかかって电流が流れますが、その电圧の値が负性抵抗领域にある场合は不安定になり，わずかな不均一性や扰乱により高电场领域と低电场领域ができます。

注３　苍型半导体
负の电荷を持つ自由电子がキャリアとして移动することで电流が生じる半导体です。例えば、4価の厂颈に微量の5価元素の笔や础蝉を添加すると一つ余剰の电子が生じ色々な特性が発现します。

注４　カーボンニュートラル
2020年10月の日本政府による「2050年までに温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする」内容の宣言。日本が目指す「カーボンニュートラル」は、颁翱₂だけに限らず、メタン、狈₂翱（一酸化二窒素）、フロンガスを含む「温室効果ガス」を対象にしています。

注５　ペーパーエレクトロニクス
主成分のセルロースが大量に含まれた纸本来の特性を利用したエレクトロニクス。

详细（プレスリリース本文）