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構造制御による電子状態・散乱操作した高性能透明熱電材料の創製

通过结构控制创建具有电子态和散射操纵的高性能透明热电材料

基本信息

批准号：
22KJ2111
负责人：
小松原祐樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2111/
关键词：
透明熱電材料有効質量エピタキシャルナノワイヤ薄膜

项目摘要

本年度、当初予定していた独自局所ゼーベック係数顕微鏡の開発に関する進展は少なかったものの、エピタキシャルMgZnO/ZnOナノワイヤ含有透明薄膜の作製に向け、エピタキシャルZnO透明薄膜の出力因子の増大機構の解明、面密度制御したZnOナノワイヤ構造の作製を行い、それぞれ成果を示した。具体的には以下に述べる。1. エピタキシャルZnO透明薄膜の作製および出力因子増大機構の解明本ナノ構造含有薄膜において、埋め込み膜の高性能化は重要である。そこでまず、c-Al2O3, r-Al2O3基板上にZnO透明薄膜を形成した。熱電性能を測定すると、低キャリア密度領域（＜~1×1020 cm-3）ではZnO/r-Al2O3において理論より高いゼーベック係数が、一方、高キャリア密度領域（>~1×1020 cm-3）では、基板の面方位によらずゼーベック係数が増大する傾向を得た。構造評価および理論計算から、薄膜内の歪とAlの導入により有効質量が増大する結果を得た。特筆すべき成果はZnO/r-Al2O3においてユビキタス系透明薄膜の中で出力因子の最大値を更新した点である。2. エピタキシャルZnOナノワイヤ構造の作製ナノ構造界面での電子散乱制御による更なる出力因子増大、フォノン散乱による熱伝導率の低減が期待できるエピタキシャルZnOナノワイヤ構造を作製した。ナノ構造界面数が及ぼすゼーベック係数への影響を調べるため、ZnOナノワイヤの面密度を0.1~10×109 cm-1の範囲で緻密に制御した。特筆すべき成果は面密度がZnOの蒸着レートにより制御可能であることを初めて明らかにした点である。

This year, the progress in the development of micromirrors, including transparent thin films, has been reduced, and the results of the production of ZnO transparent thin films, such as the analysis of the output factor increase mechanism, the area density control, and the ZnO structure, have been shown. The following is a description of the specific. 1. The structure of ZnO transparent thin film is very important for high performance. ZnO transparent thin films were formed on the substrate of c-Al2O3, r-Al2O3. Thermoelectric properties are measured in the low and low density areas (<~1×1020 cm-3), ZnO/r-Al2O3, theoretical, high and high density areas (>~1×1020 cm-3), and substrate orientation. Structural evaluation and theoretical calculation, the introduction of Al in thin films, the increase of mass, and the results obtained. The maximum output factor of ZnO/r-Al2O3 thin films is updated. 2. The electron scattering control of the structure interface is expected to increase the force factor and decrease the thermal conductivity of the structure interface. The influence of the number of structural interfaces and the coefficient of ZnO on the surface density of ZnO is controlled by 0.1~10×109 cm-1. The surface density of ZnO is very high.