ラマン分光オペランド測定による極微細熱電発電Ｓｉナノワイヤデバイスの熱伝導率評価

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今年度は極微細熱電発電Siナノワイヤデバイスにおける極微小領域の温度分布評価実現のため、ラマン分光オペランド測定に取り組み、測定条件およびデバイスデザイン最適化を試みた。試料に局所的な温度勾配を形成することを目的として作製した温調プローバを顕微ラマン分光器に搭載することで、ラマン測定で得られる格子振動(フォノン)のエネルギー情報を元に、熱電発電Siナノワイヤデバイスの温度測定が可能かを検討した。また、Siナノワイヤに対する入射光の侵入長を抑えるため、UV励起光源を選択した。ラマン分光オペランド測定を実施した結果、温調プローバの温度上昇に伴い、熱電発電Siナノワイヤデバイス内のSiナノワイヤに関するラマンシフト(光学フォノンモード)が徐々に低波数側へシフトすることが確認された。また、過去の文献で報告されているSiのラマンシフトと温度の関係式を用いて、Siナノワイヤの温度を算出した結果、温調プローバから誘起される熱が適切にSiナノワイヤ部分へ伝わっていることが明らかになった。更にSiナノワイヤの場所依存性も評価し、温調プローバから離れている箇所では熱伝導が遅延することを示した。しかしながら、ある一定時間を過ぎると、試料全体が温まり局所的な温度勾配ができていないことも同時に明らかになった。この点に関しては、冷却試料ステージを導入することで改善できると考えている。本研究課題で得られた知見を元に、今後更なるラマン分光オペランド測定の高精度化が期待される。