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

• 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

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 materials and Si series secondary materials contain artificial superlattice attention, film formation and performance improvement. The two-dimensional structure of the two-dimensional structure of the Si system, such as CaSi2, Linghe, and Si, is widely used in the year 2000. In this paper, the growth method of CaSi2 thin film is introduced, and the quality of the thin film is improved. For the first time, this year, the quality of the project, such as the management of prevention and control, the management of materials, the characteristics of the system, the study of the project, and the development of the project. This year, the film surface protection system, the results, and the results of the Si test show that there is a significant improvement in the quality of the film. In order to prevent the deterioration of the CaSi2 film, it is possible to improve the properties of the film. In general, the atomic control of CaSi2 thin films determines the mobility properties of CaSi2 thin films. The results of the results, the atomic control system of the CaSi2 system, and you want to make sure that the results show that the results are not correct. The output factor shows that the formation of thin film may affect the growth of thin film, composition control, shape control and so on. The results show that the solid phase growth of atomic dispersion promotes the growth of important conditions. The reason is that the reason is clear, and the reason is that the reason is clear, and the reason is that the reason is clear, the reason is clear, and the reason is that the reason is clear. In the future, if you want to increase the number of students in the field of science, it means that you are in a position to make progress in the field of research.

项目成果

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

Si-rich SiGe/Si超格子における高熱電出力因子の要因

富硅SiGe/Si超晶格热电功率因数高的原因

• 发表时间: 2020
• 作者: Akihide Arima;Makusu Tsutsui;Masateru Taniguchi;吉塚和治;谷口 達彦
• 通讯作者: 谷口 達彦

アモルファス GeS/単結晶 PbTe 界面における熱輸送機構

非晶GeS/单晶PbTe界面的热传输机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 石部 貴史;吉矢 真人;中嶋 聖介;石田 明広;中村 芳明
• 通讯作者: 中村 芳明

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

• 发表时间: 2022
• 作者: 石部 貴史;谷内 卓;山下 雄大;佐藤 拓磨;末益 崇;中村 芳明
• 通讯作者: 中村 芳明