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

与光子学类比开发的热声子工程

• 批准号: 21H04635
• 负责人: 野村 政宏
• 金额: $ 27.37万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04635/
• 关键词: フォノンエンジニアリング; フォノン; ナノスケール熱輸送; 熱伝導; 熱制御; 熱伝導計測; フォノニック結晶; ナノ構造

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。

这项研究的目的是将光子和声子的类比作为起点，并将学术和技术先进的光学工程纳入传热工程，以建立使用半导体纳米结构的热流控制技术，并在热传递控制中创建新的开发项目。即使在室温下，如果距离约为数十纳米，则可以预期由传输热量的声子的振动特性引起的干扰会影响热传输。因此，研究在该范围内形成声子散射器的半导体薄膜中的热传输很有趣。为了在实验上研究上述热传输，研究人员制作了一部薄膜的薄膜胶纳米晶封装的硅。另一位研究人员一直在开发一种过程技术，其中将底物附在具有热氧化硅薄膜并接受热处理的硅基板上，并使用蚀刻和CMP仅将薄膜用于硅薄膜上，而ChIP供应量已经开始，但是由于可以使用的样品领域，因此还需要进一步开发进一步的技术。研究人员小组建立了开发用于制造热传导测量的技术，该技术可以在薄膜的平面方向上研究热传输，并完成热传导测量系统。此外，我们还建立了一个可以测量与平面垂直于飞机的热扩散的系统，包括用其他项目预算构建的电测量方法。此外，还建立了一个模型，以通过使用3欧米茄方法对热测量数据进行分析模型来获得热导率。

项目成果

Phonon hydrodynamic conduction facilitated with isotopic enrichment

同位素富集促进声子流体动力传导

• 发表时间: 2022
• 作者: Huang Xin;Guo Yangyu;Wu Yunhui;Masubuchi Satoru;Watanabe Kenji;Taniguchi Takashi;Zhang Zhongwei;Volz Sebastian;Machida Tomoki;Nomura Masahiro
• 通讯作者: Nomura Masahiro

Review of thermal transport in phononic crystals

• DOI: 10.1016/j.mtphys.2022.100613
• 发表时间: 2022-01-31
• 期刊: MATERIALS TODAY PHYSICS
• 影响因子: 11.5
• 作者: Nomura, Masahiro;Anufriev, Roman;Volz, Sebastian
• 通讯作者: Volz, Sebastian

野村研究室Webページ

野村实验室网页

Nanostructuring for heat flux engineering in Si nanofilms

硅纳米膜热通量工程的纳米结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Isozaki Katsuhiro;Ueno Ryo;Ishibashi Kosuke;Nakano Genta;Yin Haozhi;Iseri Kenta;Sakamoto Masanori;Takaya Hikaru;Teranishi Toshiharu;Nakamura Masaharu;M. Nomura
• 通讯作者: M. Nomura

フォノンエンジニアリングによる熱流制御と環境熱発電

利用声子工程的热流控制和环境热发电

• 发表时间: 2021
• 作者: Kitaoka Momoko;Nguyen Trung Cong;Goto Masahiro;〇野田 優;野村 政宏
• 通讯作者: 野村 政宏