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

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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。