極低濃度の水素を検出可能なナノワイヤナノギャップガスセンサーを開発：研究開発の最前線

東京科学大学は、極低濃度の水素を検出可能な水素ガスセンサーを開発した。金属酸化物半導体型ガスセンサーのガス検出材料に、空隙構造の酸化銅ナノワイヤを用いて、従来よりも大幅に高感度化した。

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　東京科学大学は2024年11月5日、極低濃度の水素を検出可能な水素ガスセンサーを開発したと発表した。金属酸化物半導体型ガスセンサーのガス検出材料に空隙構造の酸化銅（CuO）ナノワイヤを用いて、従来のガスセンサーよりも大幅に高感度化した。

　研究グループはこれまでに、ギャップ長が33nmの白金ナノギャップ電極を電子線リソグラフィ（EBL）で作製している。今回の研究では、その電極間に銅ナノワイヤを配置し、2段階のアニール処理を経て空隙を含むCuOナノワイヤとすることで、CuOナノワイヤナノギャップガスセンサーを開発した。

空隙を含むCuOナノワイヤナノギャップガスセンサーの（a）構成要素、（b）構造、（c）大気中での電流の流れ、（d）水素検出時の電流の流れ。水素が存在すると電流値が変化するので、その電流の大小から水素の存在やその濃度を検出できる［クリックで拡大］出所：東京科学大学

　作製したセンサーで、極低濃度の水素に対する抵抗変化の応答速度を測定したところ、5ppbの水素を検出できた。また、33nmの狭いギャップ長に高い電圧を加えると、センサー機能の応答速度が速くなることも確認した。

（a）極低濃度の水素ガスのガス検出応答、（b）5ppbのガス導入時の抵抗変化［クリックで拡大］出所：東京科学大学

センサー機能における（a）応答速度および（b）回復速度の、ギャップ長および印加電圧依存性［クリックで拡大］出所：東京科学大学

　ガスの検出材料を検出したいガスに合わせて選択することで、水素以外でもセンサー機能の高速化や高機能化が可能だ。リチウムイオンバッテリーの劣化防止など、幅広い用途への応用が期待される。