【ポイント】

・半導体カーボンナノチューブ(CNT)^注1)薄膜の表面に残るごく微量の有機分子(界面活性剤^注2)やフォトレジスト^注3)の残渣)を、ラマン分光法^注4)の微弱なピークを用いて非破壊で検出することに成功。
・微弱ピークの強度から「残渣指標R」を定義し、水洗浄・真空ベーク・YOCD処理^注5)という洗浄法の効果を半定量的に比較。X線光電子分光(XPS)^注6)では検出できない微量の残留界面活性剤も検出可能。
・残留分子の少ないCNT薄膜で作製したトランジスタは、より高い伝達コンダクタンス・移動度と低い雑音を示し、CNTデバイス製造における品質管理技術への応用に期待。

名古屋大学大学院工学研究科の内山 晴貴 助教、同大学未来材料・システム研究所の大野 雄高 教授らの研究グループは、半導体カーボンナノチューブ(CNT)薄膜の表面に残るごく微量の有機吸着分子を、ラマン分光法により非破壊で検出・評価する手法の開発に成功しました。
CNTを水溶液中で分散・選別する際に用いる界面活性剤や、デバイス作製時のフォトレジストの“洗い残し”は、トランジスタの性能劣化の原因となりますが、その量はごく微量であるため、これまで製造工程の中で簡便に確認する手段がありませんでした。本研究では、CNTの強いラマン信号の陰に隠れた微弱なピークに着目し、X線光電子分光でも検出できない微量の残留分子の検出と、洗浄プロセスの定量的な比較を可能にしました。さらに、残留分子の少ないCNT薄膜から作製したトランジスタがより高い性能と低い雑音を示すことを実証しました。本手法は、CNTをはじめとするナノ材料デバイスの製造における品質管理技術への応用が期待されます。
本研究成果は、2026年10月12日付で炭素材料分野の国際学術誌「Carbon」オンライン版に掲載されました。

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【用語説明】

注1)カーボンナノチューブ(CNT):
炭素原子のシートが直径約1ナノメートル（ナノは10億分の1）の筒状に丸まった物質。電子の移動度が高く、次世代トランジスタやセンサーの材料として期待されている。電気的性質の異なる金属型と半導体型があり、トランジスタには半導体型のみを選別して用いる。
注2)界面活性剤(コール酸ナトリウム):
水と油のように混ざりにくい物質をなじませる分子。本研究では、水に溶けないCNTを水中に分散させ、半導体型CNTを選別するためにコール酸ナトリウム(SC)が用いられる。
注3)フォトレジスト:
光を当てた部分だけが溶けるようになる(または溶けなくなる)感光性の樹脂。半導体デバイスの電極や配線のパターンを形成するリソグラフィ工程で用いられ、使用後は薬液で除去されるが、ごく微量が表面に残留することがある。
注4)ラマン分光法:
物質にレーザー光を当て、散乱された光の波長のずれ(ラマンシフト)から、物質を構成する分子の振動を調べる分析手法。試料を壊さず、大気中で測定できる特長がある。
注5)YOCD処理(イットリウム酸化・除去処理):
CNT膜の表面に金属イットリウムの薄い層を蒸着し、加熱酸化させた後に希塩酸で除去することで、表面の有機物を取り除く洗浄方法。比較的低温で高い洗浄効果が得られる。
注6)X線光電子分光(XPS):
物質にX線を当てて飛び出す電子のエネルギーから、表面の元素組成を調べる分析手法。表面分析の標準的な手法だが、極微量の元素の検出は難しい。

【論文情報】

論文誌:Carbon, Vol. 262, 122209 (2027)
タイトル:Raman spectroscopic detection of surface adsorbates on semiconducting carbon nanotubes
著者:内山 晴貴(助教)、吉川 雄大(博士前期課程学生)、関根 悠人(博士前期課程学生)、黒宮 英斗(博士前期課程学生)、片浦 弘道(客員教授)、大野 雄高(教授)　　　　　　　
DOI: 10.1016/j.carbon.2026.122209　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
URL: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.122209
(オープンアクセス、CC BY 4.0)

【研究代表者】

未来材料・システム研究所 大野 雄高 教授, 主著者：大学院工学研究科 内山 晴貴 助教
https://nanoflex.jp/public-j/new/index.html