IV族混晶バンドエンジニアリングを基軸とした巨大熱電能の制御とデバイス応用

基于IV族混晶能带工程的巨热电控制及器件应用

• 批准号: 21H01366
• 负责人: 黒澤 昌志
• 金额: $ 11.48万
• 依托单位: Nagoya University
• 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-21H01366/
• 关键词: IV族混晶; 結晶成長; バンドエンジニアリング; フォノンドラッグ熱電能; ゲルマニウムスズ; シリコンスズ; ドーピング; 熱起電力

本年度得られた主な成果を以下に纏める。●熱起電力・電気伝導率同時計測システムの環境整備：昨年度導入した計測システムおよび室温復帰ヒーターを遠隔操作できるよう計測プログラムの修正やネットワーク環境を整備した。PCやスマートフォンからでも随時生データを確認し、測定条件を変更できるようにするなど効率的に測定できるよう改善した。●様々なIV族混晶薄膜へ低温熱電物性評価：表面清浄化した高抵抗 Si(001)基板上に、RFスパッタリング法を用いてSi1-xSnx薄膜(Sn 組成:3%、膜厚:55 nm)をエピタキシャル成長した。リンをイオン注入後(加速電圧:10 kV、ドー ズ: 7.5E14 cm-2)、窒素雰囲気中で熱処理(600 °C、1 min)を施し、下地基板からの結晶回復を試みた。Hall 電子濃度が1E19 cm-3程度のSi1-xSnx薄膜を選別し、熱起電力(S)測定を行った。これまでの報告では、高濃度にドーピングされたSiバルク単結晶では、|S|が温度の減少と共に単調減少している。一方、Si1-xSnx薄膜では、フォノンドラッグ起因と考えられる巨大な |S|のピークが25 K付近に得られ、その裾野は300 Kにまで及ぶ。また興味深いことに、Ge1-xSnx薄膜で得られた|S|のピーク位置と比較し、約10 K室温側にシフトしている。これは、Si1-xSnx 薄膜あるいは下地に用いたSi基板がより高いデバイ温度を有することを反映しているためだと考えられる。

今年获得的主要结果总结了下面。 ●对环境的环境改善，用于同时热电磁力和电导率测量系统：我们修改了测量程序并开发了网络环境，以便去年引入了测量系统，并且可以远程操作室温恢复加热器。可以随时从PC或智能手机检查数据，并且可以更改测量条件，从而有可能有效地测量。 ●在各种IV组混合晶体薄膜上评估低温热电特性：SI1-XSNX薄膜（SN组成：3％，膜厚度：55 nm）在高耐药性SI（001）上均与使用RF施法的表面清洗的高耐药性SI（001）在高耐药性SI（001）上生长。磷离子植入（加速度电压：10 kV，剂量：7.5E14 cm-2）后，在氮气气氛中施加热处理（600°C，1分钟），以尝试从基础底物中恢复晶体。对具有大约1E19 cm-3的电子浓度的Hall Si1-XSNX薄膜进行排序，并测量热电磁力（S）。以前的报告显示| S |在高度掺杂的SI散装单晶中，单调降低随温度降低而降低。另一方面，在si1-xsnx薄膜中，一个巨大的| s |被认为是由声子药物引起的峰值在25 K左右获得的峰，其底部达到300K。有趣的是，与| S |的峰位置相比，温度转移到约10 K室温。用GE1-XSNX薄膜获得。这被认为是因为这反映出用于SI1-XSNX膜或基础底物的Si底物具有较高的DEBYE温度。

项目成果

Comparative Thermoelectric Performance Demonstration Between Cavity-free GeSn and Si Thermoelectric Generators

无腔 GeSn 和 Si 热电发电机的热电性能对比演示

• 发表时间: 2022
• 作者: M. M. H. Mahfuz;K. Katayama;Y. Ito;K. Fujimoto;M. Tomita;M. Kurosawa;T. Matsuki;and T. Watanabe
• 通讯作者: and T. Watanabe

半絶縁性基板上Ge1-xSnx薄膜の低温熱電物性

半绝缘衬底上 Ge1-xSnx 薄膜的低温热电性能

• 发表时间: 2023
• 作者: 今井志明;中田壮哉;木村公俊;片瀬貴義;神谷利夫;柴山茂久;坂下満男;中塚理;黒澤昌志
• 通讯作者: 黒澤昌志

高濃度n型ドープSi1-xSnx薄膜で観測された巨大熱電能

在重 n 掺杂的 Si1-xSnx 薄膜中观察到巨大的热电势

• 发表时间: 2023
• 作者: 大岩樹;柴山茂久;坂下満男;中塚理;片瀬貴義;黒澤昌志
• 通讯作者: 黒澤昌志

GaAs基板上におけるSi1－xSnx薄膜の結晶成長

GaAs 衬底上 Si1-xSnx 薄膜的晶体生长

• 发表时间: 2021
• 作者: 藤本一彰;黒澤昌志;中塚理
• 通讯作者: 中塚理

14 族半導体ナノシートの結晶成長とデバイス応用

14族半导体纳米片晶体生长及器件应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Masaaki Omura;Michio Takeuchi;Ryo Nagaoka;and Hideyuki Hasegawa;黒澤昌志
• 通讯作者: 黒澤昌志