Development of Si-based Dirac electron superlattice and its thermoelectric devices based on phonon and electron trapsport physics

基于声子和电子陷阱物理的硅基狄拉克电子超晶格及其热电器件的研制

基本信息

批准号：
19H00853
负责人：
中村芳明
金额：
$ 28.7万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00853/
关键词：
熱電材料シリコンナノ構造フォノン分子線エピタキシー

项目摘要

高性能熱電材料として、Si系の二次元シート含有人工超格子に注目して、薄膜形成および熱電性能向上の研究を行っている。まず、令和２年度に、Si系二次元層状物質であるCaSi2の創製を行った。しかし、令和２年度に見出した成長方法で形成したCaSi2薄膜には、劣化現象が見出された。そこで、本年度は、劣化現象を防ぐ処理を開発し、これを施した試料の熱電特性を評価する計画で研究を行った。本年度、薄膜の表面に様々な保護層を形成し、その結果、アモルファスSiキャップをすることで劣化現象を大幅に抑制することができることを見出した。次に、この劣化防止処理を施すことで、可能となったCaSi2薄膜の熱電特性評価を行った。まず、通常のCaSi2薄膜と原子層制御したCaSi2薄膜の移動度と熱電特性（電気伝導率とゼーベック係数）の測定を行った。その結果、原子層制御したCaSi2において、予想以上に大きなゼーベック係数が発現することを見出した。そこで、どのような条件でより大きな出力因子を示す薄膜が形成可能であるのかを探るため、組成比制御、形状制御しながら薄膜成長を行った。その結果、原子の相互拡散による固相成長を促すことが重要な条件であることを見出した。この原因究明により、高いゼーベック係数の薄膜を再現性良く作製できることが可能となった。従来予想を超える高いゼーベック係数の発現は学術的に大きな意味を持つものであり、それが自在に形成できるようになったのは大きな研究の進展といえる。

我们正在研究薄膜形成并改善热电性能，重点是含有基于SI的二维纸作为高性能热电材料的人工超级晶格。首先，在2020财年，我们创建了Casi2，这是一种二维分层SI材料。然而，在使用2020年发现的生长方法形成的CASI2薄膜中发现了恶化。因此，今年我们开发了一种治疗方法，以防止恶化，并进行了研究，并计划评估已接受此处理的样品的热电特性。今年，薄膜表面形成了各种保护层，因此，发现通过使用无定形的SI帽可以显着抑制降解现象。接下来，通过应用这种恶化预防处理，评估了已有可能的Casi2薄膜的热电特性。首先，测量了普通CASI2薄膜和原子层控制的Casi2薄膜的迁移率和热电性能（电导率和Seebeck系数）。结果，发现在由原子层控制的CASI2中表达了比预期的更大的锯齿系数。因此，为了找出可以形成较大输出因子的薄膜，在控制组成比和形状时进行了薄膜生长。结果，发现重要的条件是通过共同扩散原子来促进固相生长。通过研究原因，可以产生具有高可重现性的高锯齿系数的薄膜。 Seebeck系数的表达比以前预期的要高具有很高的学术意义，可以说是研究的重大进步，可以自由地形成它。

项目成果

期刊论文数量（138）

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 thermal conductivity of complex thermoelectric barium silicide film epitaxially grown on Si

DOI：
10.1063/5.0063531
发表时间：
2021-10
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
T. Ishibe;Jinichiro Chikada;Tsukasa Terada;Yukihiro Komatsubara;Reona Kitaura;S. Yachi;Y. Yamashita
通讯作者：
T. Ishibe;Jinichiro Chikada;Tsukasa Terada;Yukihiro Komatsubara;Reona Kitaura;S. Yachi;Y. Yamashita

Nanostructural effect on thermoelectric properties in Si films containing iron silicide nanodots

纳米结构对硅化铁纳米点硅薄膜热电性能的影响

DOI：
10.7567/1347-4065/ab5b58
发表时间：
2020
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Sakane Shunya;Ishibe Takafumi;Taniguchi Tatsuhiko;Hinakawa Takahiro;Hosoda Ryoya;Mizuta Kosei;Alam Md. Mahfuz;Sawano Kentarou;Nakamura Yoshiaki
通讯作者：
Nakamura Yoshiaki

Direct mapping of temperature-difference-induced potential variation under non-thermal equilibrium