CNT（カーボンナノチューブ）を用いた赤外線センサーは、次世代の光子工学において非常に注目されている技術です。従来の化合物半導体（InGaAsなど）を用いたセンサーに比べ、低コスト・柔軟性・広帯域な感度という大きな強みがあります。
現在研究が進んでいる「半導体型CNT赤外線センサー」の仕組みと特徴を整理して解説します。
1. なぜCNTが赤外線センサーに適しているのか？
CNTはその構造（巻き方＝カイラリティ）によって、金属的性質か半導体的性質を持つかが決まります。赤外線センサーには主に半導体型CNTが利用されます。
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バンドギャップの調整が可能: CNTの直径を変えることで、吸収できる光の波長（エネルギー）を調整できます。これにより、近赤外線から遠赤外線まで幅広く対応可能です。
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高い光吸収効率: ナノ材料であるため、極めて薄い膜でも効率よく光を捉えることができます。
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高速応答: 電荷移動度が非常に高いため、光を検知してから電気信号に変えるまでのスピードが高速です。
2. 高感度化のメカニズム
CNT赤外線センサーには主に2つの動作原理があります。
① 光起電力型（フォトダイオード型）
PN接合を形成し、光によって生成された電子と正孔を分離して電流を取り出します。
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特徴: 暗電流（ノイズ）を抑えやすく、非常に高い検出能（高感度）が得られます。
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最新動向: CNTをきれいに並べる「配向制御」技術により、感度が飛躍的に向上しています。
② 光熱起電力型（熱電型）
CNTが赤外線を吸収して熱を持ち、その温度差を電気エネルギーに変換（ゼーベック効果）します。
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特徴: 冷却が不要（室温動作）で、テラヘルツ波まで含む超広帯域な検知が可能です。
3. 従来技術に対するメリット
| 項目 | 従来の赤外線センサー (InGaAs等) | 半導体型CNTセンサー |
| コスト | 高価（希少金属を使用） | 比較的安価（炭素由来） |
| 動作温度 | 冷却が必要な場合が多い | 室温で動作可能 |
| 柔軟性 | 硬くて脆い | フレキシブル（ウェアラブル可） |
| 製造プロセス | 高温・真空プロセスが必要 | 印刷技術（インクジェット等）が適用可能 |
4. 主な応用分野
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ナイトビジョン・監視: 暗所での高精度なイメージング。
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医療・ヘルスケア: 非接触での体温測定や、血管の透視イメージング。
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非破壊検査: 食品の鮮度チェックや、建物の内部クラック検知。
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自動運転: 霧や夜間でも歩行者を正確に認識する車載センサー。
今後の課題
現在の主な研究課題は、**「半導体型CNTのみを高純度で抽出する技術」と「CNTの向きを揃えて大面積に成膜する技術」**です。これらが解決されることで、スマホのカメラのように安価で高性能な赤外線カメラが普及すると期待されています。
出典：Google Gemini
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