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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。

High performance thermoelectric materials, Si-based two-dimensional structure containing artificial superlattice, thin film formation and thermoelectric properties of the research progress Si-based two-dimensional layered material was created in 2002. In the past two years, the growth method of CaSi2 thin film has been developed, and the degradation phenomenon has been observed. This year, the study on the prevention and treatment of degradation phenomena and the evaluation of thermoelectric characteristics of samples were carried out. This year, the formation of a protective layer on the surface of the thin film has been greatly suppressed. The thermoelectric characteristics of CaSi2 thin films can be evaluated by the treatment of degradation prevention. Measurement of mobility and thermoelectric properties of CaSi2 thin films prepared by atomic layer deposition As a result, atomic layer control CaSi2 is expected to occur. For example, if the film is formed, the composition ratio and shape of the film are controlled. As a result, the atomic dispersion of solid phase growth is very important. The reason for this is that the film has a high coefficient of reproducibility. In the future, we will think about the development of the coefficient of high quality and academic research.

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）

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

DOI：
10.1063/5.0038363
发表时间：
2021-03
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Yukihiro Komatsubara;T. Ishibe;Y. Miyato;S. Sakane;Y. Nakamura
通讯作者：
Yukihiro Komatsubara;T. Ishibe;Y. Miyato;S. Sakane;Y. Nakamura

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

Si基板上エピタキシャルBaSi2薄膜における欠陥導入による低熱伝導率化

Si 衬底上的外延 BaSi2 薄膜中引入了缺陷，导致热导率降低