エネルギーハーベスティング型熱電デバイスの界面熱抵抗メカニズムの解明

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熱電材料に用いられるビスマスおよびテルルの薄膜を高真空蒸着法により成膜し，その膜厚を触診計測装置で測定した結果，蒸着源から基板までの位置関係で数100nm（ナノメートル）であることを確認した．界面熱抵抗の計測には3オメガ法を応用して前述の表面の温度上昇を計測した結果，蒸着源からの距離によってその温度上昇が異なることを確認し，蒸着源からの距離は，105mm，110mmおよび115mmの3水準，印可周波数は100～1000Hzの範囲で実施した．蒸着源からの距離105mmで作製したサンプルの表面の温度上昇と周波数との決定係数は0.994，110mmの場合は0.994，115mmの場合は0.988であり計測範囲周波数内においては線形性が保たれており，各周波数における表面の温度上昇と蒸着源からの距離との増加率も線形的になっており，サンプル厚さに対応した熱抵抗を検出できたものと推察される．エネルギーハーベスティング型の熱電デバイスは小さな温度差により発電可能であるが，発電量が小さいことに加え定常状態における温度差を確保することが困難である．そこで，本研究では温度差の確保を軸にした熱電デバイスを作製して，熱電デバイスの性能と界面熱抵抗との関係を調査している．熱電デバイスの温度差確保には熱伝導率が低い材質に設置して，高温熱源に設置することで発電可能な熱電デバイスを設計している．現在までにアルミナ基板上に成膜したサンプルを用いて，薄膜熱伝導率の計測手法である3オメガ法を用いて界面熱抵抗の指標として用いる表面の温度上昇を計測し，その結果が膜厚により異なっていることを確認できた．また，フレキシブル基板に作製した熱電素子を用いた熱電デバイスの試作を進めており，その性能評価を実施する予定である．