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狭ギャップ半導体の量子輸送制御による高環境調和型熱電変換シートの開発

通过控制窄带隙半导体中的量子传输开发高度环保的热电转换片

基本信息

批准号：
21H01358
负责人：
都甲薫
金额：
$ 11.07万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01358/
关键词：
熱電発電熱電変換薄膜結晶成長

项目摘要

軽くてやわらかいプラスチック上に熱電材料を薄膜合成した「フレキシブル熱電変換シート」は、IoT社会で不可欠となる微小エネルギー（μW～mW）を利用したセンサやウェアラブル・デバイスへの応用が期待されている。その社会実装には、無毒で安全かつ高い信頼性をもつエコマテリアルの選択が重要となる。本研究では、狭ギャップ環境半導体であるGe系IV族混晶の熱電薄膜としての高いポテンシャルを実証する。研究代表者はこれまで、プラスチック上Ge膜においてキャリアの粒界障壁を劇的に低減し、多結晶薄膜として世界最高のキャリア移動度を達成した。本技術をベースとし、「混晶」「粒界」「フェルミ準位」の3要素と量子（キャリア・フォノン）輸送特性の相関を解明・制御するとともに、高環境調和型熱電変換シートとして最高性能（室温、微小温度差でμW出力）を実証することを目的とする。昨年度は、IV族材料2元混晶（GeSiおよびGeSn）において、電気的特性を簡易に制御可能な拡散材塗布による不純物ドーピングを検討し、p型およびn型伝導制御を可能とするとともに、両材料においてGeを凌駕する優れた熱電性能を実証した。これらの知見を活かし、本年度は、3元混晶（GeSiSn）化による熱電特性の高性能化を検討した。その結果、3元混晶化が導電率と熱伝導率を共に低下させることが明らかとなった。GeSiSnの組成を最適化することによって、Ge由来の高い導電率を維持しながら低い熱伝導率を得ることに成功し、無次元性能指数はIV族半導体系熱電材料として高い値を示した。今後、プラスチック上展開に向けたプロセス温度の低減およびデバイス実証に向けて研究を推進する。

In this paper, we use the thin film synthesis method to synthesize the thin film. We need to know that the IoT society is not responsible for the production of thin films. The reason is that the IoT society can not owe the information that it is necessary to make use of the information in the market. Social security devices, non-toxic security devices, high-trust sexual equipment, social security equipment, non-toxic, safe, safe, reliable, reliable, safe, reliable, reliable, safe, safe In this study, in the environment of the microenvironment, the GE family IV mixed crystal thin film is used in this study. The representative of the research is the low temperature of the GE film, the highest degree of mobility of the polycrystalline thin film in the world. In this technology, the technology is sensitive, "mixed crystal", "grain boundary", "alignment", "three elements" quantum (temperature measurement). The characteristics are related to each other, and the highest performance (room temperature, small temperature difference μ W output) is very high. Last year, the characteristics of GeSi and IV mixed crystals (GeSi and IV) were easy to control and control the distribution of bulk materials. The guidance and control system of p-type materials and Ge materials may improve the performance of materials. I am aware of the high-performance properties of the ternary mixed crystal (GeSiSn), the current year, and the ternary mixed crystal (TMCC). The results show that the temperature drop rate of ternary mixed crystallization is lower than that of the others. GeSiSn components are used to optimize the performance of the semiconductor devices, the Ge is the reason for the high electrical efficiency, the maintenance of the low temperature, the success of the failure, the dimensionless performance index of IV semiconductors and the high performance of the materials. In the future, the exhibition will be launched to promote the research in the area of low temperature.

项目成果

期刊论文数量（56）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Low-temperature solid-phase crystallization of group IV material thin films

IV族材料薄膜的低温固相结晶

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
山口崇;茂澄倫也;大村眞朗;長岡　亮;Jens E. Wilhjelm;長谷川英之;中村雄一・是川慎吾・青木英弥・水戸慎一郎・Lim Pang Boey;K. Toko
通讯作者：
K. Toko

Nucleation control in the solid-phase crystallization of amorphous Ge layer leading to high hole mobility

非晶Ge层固相结晶中的成核控制导致高空穴迁移率

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shintaro Maeda;Takamitsu Ishiyama;Toshifumi Imajo;Takashi Suemasu and Kaoru Toko
通讯作者：
Takashi Suemasu and Kaoru Toko

Layer exchange of group IV materials: crystal growth and device applications

IV族材料的层交换：晶体生长和器件应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
山村柊哉;五藤仁哉;安武茉子;圓福敬二;吉田敬;Formation of Buried Heavily Doped Layers on Diamond (111) Surface by Solid Solution Reaction of Carbon into Nickel;K. Toko
通讯作者：
K. Toko

Solid-phase Diffusion Doping in Polycrystalline Ge Thin Films Leading to High Thermoelectric Power Factors

多晶 Ge 薄膜中的固相扩散掺杂可实现高热电功率因数