ナノ・マイクロ構造ペルチェ素子のin situ熱物性評価に関する研究

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本研究の目的は,ナノ・マイクロ構造を持つペルチェ素子の熱伝導率を,薄膜生成のインプロセス中に計測評価するための全く新たな手法を開発することであり,本年度得られた研究成果をまとめると以下のようになる。1.フォトサーマル赤外検知法の現有設備をベースにして,最高100MHzで強度変調が可能なエネルギー密度10W/cm^2のレーザーおよび赤外センサーを導入し,高周波に対応した実験装置を新たに開発した。その結果,フォトサーマル赤外検知法によるサブミクロンオーダー薄膜の測定が可能になった。2.Bi_2Te_3およびSb_2Te_3薄膜試料を作製し,開発したフォトサーマル赤外検知法による測定を行った。その結果より,薄膜の熱伝導率,温度伝導率は,原料である焼結体バルク材料と比較して大幅に低下することが明らかになった。3.ガラス基板上に作製したSb_2Te_3多結晶膜の熱伝導率はバルク材料の約20%であり,電気的性質が同じ場合,性能指数を約5倍に向上できることが明らかになった。4.結晶構造の異なる約1μm薄膜を複数作製し,測定を行った。その結果,多結晶膜は結晶性の高いc軸単相膜よりも熱伝導率,温度伝導率が低くなる傾向が得られ,薄膜の熱伝導率結晶構造依存性を初めて検知することができた。5.デバイスとして試作したペルチェ素子内部に,Test Element Group(1mm x 1mm)として,約1μm膜厚のSb_2Te_3を生成し,開発したフォトサーマル赤外検知法でin situ測定を試み,測定が可能なことが明らかにした。