フォトニクスとのアナロジーで拓くサーマルフォノンエンジニアリング

本研究の目的は、フォトンとフォノンのアナロジーを切り口とし、学術・技術的に先行する光工学を伝熱工学に取り入れることで、半導体ナノ構造を用いた熱流制御技術であるサーマルフォノンエンジニアリング基盤技術を構築し、伝熱制御に新展開を創出することである。室温においても数十ナノメートル程度の距離であれば、熱を輸送するフォノンの波動性に起因した干渉が熱輸送に影響を及ぼすことが期待される。そのため、そのレンジでフォノン散乱体を形成した半導体薄膜中の熱輸送について調査することは興味深い。実験的に上記の熱輸送を調査するため、研究分担者がゲルマニウムナノクリスタル内包シリコン薄膜を作製した。そして、別の研究分担者が、その基板を熱酸化シリコン薄膜を有するシリコン基板上に貼り合わせて熱処理を行い、エッチングとCMPを用いて測定対象となる薄膜のみを熱酸化シリコン薄膜上に残すプロセス技術について開発を進め、チップの供給が始まったが、まだ使用できるサンプル面積が小さいため、さらなるプロセス技術の開発が必要である。研究代表者のグループでは、上記の薄膜の面内方向の熱輸送を調査可能な熱伝導計測マイクロブリッジ系の作製技術開発を確立し、熱伝導計測系を完成させた。また、他のプロジェクトの予算で構築した電気的計測法も合わせて、面内および面直方向の熱拡散を計測できる体制が整った。加えて、3 omega法を用いた熱計測データを解析的なモデリングによって熱伝導率を獲得できるようモデルを確立した。

本研究の目的は、フォトンとフォノンのアナロジーを切り口とし、学術・技術的に先行する光工学を伝熱工学に取り入れることで、半導体ナノ構造を用いた熱流制御技術であるサーマルフォノンエンジニアリング基盤技術を構築し、伝熱制御に新展開を創出することである。室温においても数十ナノメートル程度の距離であれば、熱を輸送するフォノンの波動性に起因した干渉が熱輸送に影響を及ぼすことが期待される。そのため、そのレンジでフォノン散乱体を形成した半導体薄膜中の熱輸送について調査することは興味深い。実験的に上記の熱輸送を調査するため、研究分担者がゲルマニウムナノクリスタル内包シリコン薄膜を作製した。そして、別の研究分担者が、その基板を熱酸化シリコン薄膜を有するシリコン基板上に貼り合わせて熱処理を行い、エッチングとCMPを用いて測定対象となる薄膜のみを熱酸化シリコン薄膜上に残すプロセス技術について開発を進め、チップの供給が始まったが、まだ使用できるサンプル面積が小さいため、さらなるプロセス技術の開発が必要である。研究代表者のグループでは、上記の薄膜の面内方向の熱輸送を調査可能な熱伝導計測マイクロブリッジ系の作製技術開発を確立し、熱伝導計測系を完成させた。また、他のプロジェクトの予算で構築した電気的計測法も合わせて、面内および面直方向の熱拡散を計測できる体制が整った。加えて、3 omega法を用いた熱計測データを解析的なモデリングによって熱伝導率を獲得できるようモデルを確立した。