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Novel cooling phenomena in semiconductor quantum heterostructures

半导体量子异质结构中的新颖冷却现象

基本信息

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

项目摘要

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 LSI represents the progress of the development of cooling technology, the key to the development of cooling technology, and the key to the development of cooling technology. We have focused on the design of semiconductor structures, the simultaneous control of thermal electron emission and resonance effects, and the development of thermal electron cooling technologies. The thermal electron cooling is carried out by the electron generation barrier on the low side of the quantum well, the electron resonance is carried out by the electron generation injection, the quantum well is carried out by the electron generation barrier on the low side of the quantum well, and the electron generation barrier on the high side of the quantum well is carried out by the electron generation process. In this paper, the cooling effect is obtained, and the multi-layer tectonics and the new element tectonics are explored. This year, the effect of large electron cooling is pointed out, the position of quantum level is improved, the structure of quantum well is designed, and the strength and shape of quantum well are evaluated. As a result, the difference in quantum potential in the quantum well 2 is equal to that in the optical field, and the electron number in the upper quantum well is reduced. The electron temperature at room temperature is increased to 400 K. The temperature of the electrons increases, and the temperature of the electrons decreases.

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

CNRS/マルセイユ大学(フランス)

CNRS/马赛大学（法国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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