Novel cooling phenomena in semiconductor quantum heterostructures

半导体量子异质结构中的新颖冷却现象

• 批准号: 21F20724
• 负责人: 平川 一彦
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F20724/
• 关键词: 半導体ヘテロ構造; 冷却素子; トンネル効果; 熱電子放出; フォノン散乱; 熱電子冷却; 電子温度

現代のLSIに代表されるエレクトロニクスの進歩を大きく阻んでいるのが発熱の問題であり、冷却技術は将来のエレクトロニクスの発展の鍵を握る技術と言っても過言ではない。我々は半導体へテロ構造のバンド構造を適切に設計し、熱電子放出と共鳴トンネル効果を同時に制御して実現できる熱電子冷却技術に注目している。熱電子冷却においては、エミッタ側のトンネル障壁を介して量子井戸に低エネルギーの電子が共鳴的にトンネル注入され、量子井戸を出るときにはコレクタ側の低くて厚い障壁を高エネルギーの熱電子が熱的に越えていく過程を用いるような素子であり、電流を流すにつれて量子井戸層が冷却されていく素子である。本研究では、大きな冷却効果を得るための多層構造化など新しい素子構造の探索を行っている。本年度は、より大きな電子冷却効果を目指して、量子準位の位置を上り階段のようになるように設計した２量子井戸の量子カスケードクーラー構造を作製し、そのフォトルミネセンスの強度やスペクトルの形状を評価した。その結果、２つの量子井戸内の量子準位の差が光学フォノンエネルギーに等しくなると、上位の量子井戸の電子数が減少するとともに、室温においても電子温度が400 K程度まで上昇するという顕著な効果を見出した。このことは、カソード側から熱的に障壁を越えていく高エネルギー電子が、電子温度を上昇させているものと思われ、その抑制が効果的な電子冷却に不可欠であると言う知見が得られた。

Modern の LSI に representative さ れ る エ レ ク ト ロ ニ ク ス の into step を big き く resistance ん で い る の が 発 heat の で あ は り, cooling technology in the future の エ レ ク ト ロ ニ ク ス の 発 exhibition の key を grip る technology と said っ て も had said で は な い. I 々 は semiconductor へ テ ロ tectonic の バ ン ド tectonic を appropriate に design し, hot electron emit と resonance ト ン ネ ル unseen fruit を に system at the same time the royal し て be presently で き る hot electron cooling technology に attention し て い る. Hot electron cooling に お い て は, エ ミ ッ タ side の ト ン ネ ル barrier を interface し て quantum well opens に low エ ネ ル ギ ー の electronic が resonance に ト ン ネ ル injection さ れ, quantum well opens を out る と き に は コ レ ク タ low side の く て thick い high barrier を エ ネ ル ギ ー の thermionic が hot に more え て い を く process USES い る よ う な element child で あ り, current flow を す に Youdaoplaceholder0 れて quantum well layer が cooling されて く く prime ons である. In this study, the cooling effect of で で and large で な is を to obtain the るため <s:1> multi-layer structed な <e:1> and explore the construction of a new lactin. は this year, よ り big き な electronic cooling unseen fruit を refers し て in a position, quantum quasi の を り stage の よ う に な る よ う に design し た 2 quantum well opens の quantum カ ス ケ ー ド ク ー ラ ー し, the tectonic を cropping そ の フ ォ ト ル ミ ネ セ ン ス の strength や ス ペ ク ト ル の shape を review 価 し た. そ の results, 2 つ の quantum well in quantum quasi の opens, the poor の が optical フ ォ ノ ン エ ネ ル ギ ー に etc し く な る と, upper の quantum well opens の が reduce number of electrons す る と と も に, room temperature に お い て が も electron temperature 400 K degree ま rising で す る と い う 顕 the な unseen fruit を shows し た. こ の こ と は, カ ソ ー ド side か ら hot に barrier を more え て い く high エ ネ ル ギ ー electronic が, electronic temperature rising を さ せ て い る も の と think わ れ, そ の inhibit が unseen fruit な electronic cooling に not owe で あ る と talk う know see が ら れ た.

项目成果

CNRS/マルセイユ大学(フランス)

CNRS/马赛大学（法国）

Novel electron cooling effect in multiple quantum wells - Quantum Cascade Cooling

多量子阱中的新型电子冷却效应 - 量子级联冷却

• 发表时间: 2022
• 作者: C. Salhani;M. Bescond;X. Zhu;N. Nagai;and K. Hirakawa
• 通讯作者: and K. Hirakawa

Evaporative electron cooling in semiconductor heterostructures

半导体异质结构中的蒸发电子冷却

• 发表时间: 2021
• 作者: C. Salhani;M. Bescond;X. Zhu;T. Onoue;N. Nagai;K. Hirakawa
• 通讯作者: K. Hirakawa

Electron temperature in semiconductor double barrier thermionic cooling heterostructures

半导体双势垒热离子冷却异质结构中的电子温度

• 发表时间: 2022
• 作者: X. Zhu;M. Bescond;B. Bastard;C. Salhani;N. Nagai;and K. Hirakawa
• 通讯作者: and K. Hirakawa

Comprehensive Analysis of Electron Evaporative Cooling in Double-Barrier Semiconductor Heterostructures

双势垒半导体异质结构电子蒸发冷却的综合分析

• DOI: 10.1103/physrevapplied.17.014001
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Applied
• 影响因子: 4.6
• 作者: Bescond Marc;Dangoisse Guillaume;Zhu Xiangyu;Salhani Chloe;Hirakawa Kazuhiko
• 通讯作者: Hirakawa Kazuhiko