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シリコンナノ構造による熱電変換特性の向上と測定技術の開発

利用硅纳米结构改善热电转换特性并开发测量技术

基本信息

批准号：
11J06002
负责人：
MOHD SALLEH MOHD FAIZ (2013)
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

熱電変換技術の実用化には熱電変換効率の向上が第一の研究課題である。熱電変換効率を上げるための一つの手段として、ナノ構造の導入によるゼーベック係数の向上が検討されている。本研究では、Siの微細加工技術を利用して、電子の低次元系を実現し、ゼーベック係数に与える電子の閉じ込め効果を明らかにすることを目的とする。我々は、電子閉じ込め効果を観察するためには不純物バンドの影響を受けない試料に対してフェルミエネルギーを精度よく制御する必要があることを見出してきた。このような条件を満たすフェルミエネルギー制御用試料を設計・作製し、ゼーベック係数増大に対するナノ構造の有効性を実験的に示す。不純物バンドの影響を除去するために、Siに外部電圧を印加することによるフェルミエネルギーの制御の可能性を調べた。極薄SOI層表面に電極を配置し、直接電圧を印加することによるゼーベック係数の変化を調べたところ、SOI表面に外部電圧を印加するとともにゼーベック係数の絶対値が変化し、正電圧から負電圧までの広い範囲において、ゼーベック係数が外部電圧によって制御できることを示した。特に、フェルミエネルギーが伝導帯端近傍にくる負電圧印加時の振る舞いを、実験と理論計算の両面から調べたところ、外部電圧印加時のゼーベック係数はSOI/理め込み酸化膜界面付近のキャリア密度、すなわちフェルミエネルギーを介して制御でき、その値にはフォノンドラッグの効果も寄与することがわかった。また、ナノ構造に対して従来のゼーベック係数の測定方法を適用することは難しいため、電位分布をナノメートルオーダの空間分解能で測定できる走査型表面電位顕微鏡(KFM)を用いたゼーベック係数の測定方法を開発している。KFMを用いて極薄SOI試料のゼーベック係数を測定し、一般的なバルク試料に対する測定方法で得られたゼーベック係数の値と近い値が得られ、本手法の有用性を示した。

The first research topic of the <s:1> practical application of thermoelectric conversion technology に and the upward trend of thermoelectric conversion efficiency が is である. Thermoelectric variations on the change rate of unseen をげるための a つの means として, ナノ tectonic の import によるゼーベック coefficient の upward が beg さ検れている. This study では, Si をの microfabrication techniques using して, electronic の low dimensional を be し, ゼーベッにク coefficient and える electronic の closed じ込め unseen fruit を Ming らかにすることを purpose とする. I 々は, electronic closed じ込め unseen fruit を観 examine するためには impurity content バンドのを by けない sample にし seaborne てフェルミエネルギーを precision よく suppression する necessary があることを shows してきた. をこのような conditions against たすフェルミエネルギー system of imperial sample を design for し seed production, ゼーベック coefficient raised large にす seaborne るナノ a sharper sex をの construction be 験にす indicated. Impurity content バンドの influence を remove するために, Si に external electric 圧を Inca することによるフェルミエネルギーの suppression の possibility を adjustable べた. Extremely thin SOI layer surface しにを electrode configuration, direct electric 圧を Inca することによるゼーベッのク coefficient variations change を adjustable べたところ, SOI surface に external electric 圧を Inca するとともにゼーベック coefficient の unique numerical が seaborne - し, positively charged 圧から negatively charged 圧までの hiroo い van 囲において, ゼーベック coefficient が external electric 圧によって system Youdaoplaceholder0 るるとをとをとを shows た. に, フェルミエネルギーが伝 guide 帯 end nearly alongside にくる negatively charged 圧の vibration when the Inca る dance いを, be 験と theoretical calculation の struck surface から adjustable べたところ, external electrical 圧 Inca のゼーベック coefficient は SOI/Richard め込み acidification membrane interface paying nearly のキャリア density, すなわちフェルミエネルギーを interface して suppression でき, その numerical には The results are sent to するするとがわったったったった. また, ナノ tectonic にし seaborne て従 to のゼーベッのク coefficient determination method を applicable することは difficult しいため, potential distribution をナノメートルオーダの space decomposition can measure でできる walkthrough type surface potential 顕 micro mirror (KFM) をいたゼーベッのク coefficient determination method を open 発している. KFM を with いて thin SOI sample のゼーベック coefficient をし, general なバルク sample にす seaborne るで determination method られたゼーベッのク coefficient on numerical と nearly い numerical が must られ, this technique の usefulness を shown した.