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。

This year's achievements are as follows:● Thermal power and electrical conductivity simultaneous measurement system environmental preparation: last year introduced the measurement system and temperature recovery system remote operation, measurement system correction system environmental preparation The determination of the rate of change is made at any time. Low Temperature Thermoelectric Properties Evaluation of Group IV Mixed Crystal Thin Films: Surface Cleansing and High Resistance Si(001) on Si(001) Substrate, RF Separation Method for Si1-xSnx Thin Films (Sn Composition:3%, Film Thickness:55 nm) After injection (accelerated voltage:10 kV, temperature: 7.5E14 cm-2), heat treatment (600 °C, 1 min) was applied to the substrate and the crystallization recovery was tested. Si1-xSnx thin films with Hall electron concentration of 1E19 cm-3 were selected and thermally excited (S) was measured. This report shows that high concentrations of Si crystals are present in the solution.| S| The temperature decreases and the temperature decreases. Si1-xSnx thin films are very thin films, and their causes are very large.| S| 25 K, 300 K. Ge1-xSnx thin films were obtained.| S| At room temperature, about 10 K. Si1-xSnx thin films are used for high temperature applications.

项目成果

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

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

Constructed Ge Quantum Dots and Sn Precipitate SiGeSn Hybrid Film with High Thermoelectric Performance at Low Temperature Region

构建Ge量子点和Sn沉淀SiGeSn杂化薄膜，在低温区具有高热电性能

• DOI: 10.1002/aenm.202103191
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: Advanced Energy Materials
• 影响因子: 27.8
• 作者: Peng Ying;Miao Lei;Liu Chengyan;Song Haili;Kurosawa Masashi;Nakatsuka Osamu;Back Song Yi;Rhyee Jong Soo;Murata Masayuki;Tanemura Sakae;Baba Takahiro;Baba Tetsuya;Ishizaki Takahiro;Mori Takao
• 通讯作者: Mori Takao

(Invited) Thermoelectric Properties of Tin-Incorporated Group-IV Thin Films

（特邀）含锡IV族薄膜的热电性能

• DOI: 10.1149/10404.0183ecst
• 发表时间: 2021
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Kurosawa Masashi;Nakatsuka Osamu
• 通讯作者: Nakatsuka Osamu