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

• 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

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, had designated し て い た bureau alone ゼ ー ベ ッ ク coefficient 顕 micromirror の open 発 に masato す る less progress は な か っ た も の の, エ ピ タ キ シ ャ ル MgZnO/ZnO ナ ノ ワ イ ヤ contains transparent film on け に の, エ ピ タ キ シ ャ ル ZnO transparent film の output factor の raised large institutions の uttered, surface density suppression し た ZnO ナ ノ ワ The construction of ヤ is carried out in を rows を and それぞれ results を show た. Specifically, に に is described below に in べる. 1. エ ピ タ キ シ ャ ル ZnO transparent film の cropping お よ び output factor raised large institutions の solution this ナ ノ structure containing film に お い て, buried め 込 み membrane の high-performance は important で あ る. Youdaoplaceholder0 そ でまず でまず and にZnO transparent films を on c-Al2O3 and r-Al2O3 substrates form た. Determination of the thermoelectric performance を す る と, low キ ャ リ ア density field (< 1 x 1020 cm ~ - 3) で は ZnO/r - Al2O3 に お い て theory よ り high い ゼ ー ベ ッ が ク coefficient, side, high キ ャ リ ア density field (> ~ 1 x 1020 cm-3) で で, the substrate <s:1> plane orientation によらずゼ ベッ ベッ, the <s:1> coefficient が increases する, and the する tendency is を to た. The construction evaluation 価および theoretical calculation ら, the deviation of the <s:1> in the film とAl によ introduction によ the effective mass が increase する the result を is た. Special pen す べ き results は ZnO/r - Al2O3 に お い て ユ ビ キ タ ス is a transparent film の で output factor の maximum nt を update し た point で あ る. 2. エ ピ タ キ シ ャ ル ZnO ナ ノ ワ イ ヤ tectonic の cropping ナ ノ structure interface で の electrons scattered suppression に よ る more な る output factor raised large, フ ォ ノ ン scattered に よ る 伝 heat conductivity の low cut が expect で き る エ ピ タ キ シ ャ ル ZnO ナ ノ ワ イ ヤ し the tectonic を cropping た. ナ ノ structure interface が and ぼ す ゼ ー ベ ッ ク coefficient へ の influence を adjustable べ る た め, ZnO ナ ノ ワ イ ヤ の surface density を 0.1 ~ 10 x 109 cm - 1 の van 囲 で dense に suppression し た. Surface density, pen す べ き results は が ZnO の steamed レ ー ト に よ り suppression may で あ る こ と を early め て Ming ら か に し た point で あ る.

项目成果

エピタキシャルZnO 薄膜/Al2O3 の歪制御によるゼーベック係数増大

通过外延 ZnO 薄膜/Al2O3 应变控制提高塞贝克系数

• 发表时间: 2023
• 作者: 小松原祐樹;石部貴史;大江純一郎;中村芳明
• 通讯作者: 中村芳明

結晶成長方位制御により高性能化したAl doped ZnO/Al2O3の作製

通过控制晶体生长方向制备具有改进性能的Al掺杂ZnO/Al2O3

• 发表时间: 2022
• 作者: 小松原 祐樹;石部 貴史;中村 芳明
• 通讯作者: 中村 芳明

エピタキシャル ZnO 薄膜における結晶ドメイン界面品質が熱電特性に及ぼす影響

晶域界面质量对外延ZnO薄膜热电性能的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 小松原 祐樹;上月 聖也;石部 貴史;中村 芳明
• 通讯作者: 中村 芳明