半導体超格子構造を有する高性能平面型熱電変換デバイスの実現

半导体超晶格结构高性能平面热电转换器件的实现

基本信息

  • 批准号:
    22KJ0939
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.09万
  • 依托单位:
  • 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

项目摘要

本研究では、室温付近で非常に高い熱電性能を持つホイスラー合金薄膜を用いた、高性能な熱電変換デバイスの実現を目標としている。まず、面積当たりの発電性能を最大化するため、発電性能を算出するシミュレーターを3次元有限要素法により構築し、面積当たりの発電電力を最大化する構造設計を行った。デバイスの構造パラメーターを系統的に変化させ、様々なデバイス構造において性能を算出することで得られた理想的なデバイスデザインで、約270(μW/cm2/K2)の出力電力密度となった。これは、バルクBiTeを用いた市販の熱電素子を超える性能であり、室温環境での用途としてBiTe系材料に代わる熱電デバイスの実現が期待される。それに加えて、基板上に集積される薄膜型熱電変換デバイスの実現には作製プロセスの開発が必要不可欠であった。ホイスラー合金のべた膜からデバイス構造に加工するエッチングプロセスでは、厚いハードマスクを作製し、適切な反応性ガスを用いることで目的のデバイス構造への加工を可能にした。本研究の薄膜型熱電デバイスは、ホイスラー合金薄膜を加工したデバイス基板に対して、上部キャビティを形成するためのキャップウエハを貼り合わせることで作製される。キャップウエハは基板からリリースされた電極部分にのみ接触するようになっており、基板との接触が残っている高温側との間で温度差が生まれ膜内に電圧が生じる。実際に、デバイスチップの上下面に印加された温度差に対する発電電圧を測定し、温度差に従って線形に発電電圧が増加している様子がみられ、ホイスラー合金を用いた薄膜型熱電変換デバイスの動作を初めて確認した。
In this study, the thermoelectric properties of the alloy film are very high at room temperature, and the thermoelectric properties are very high. To maximize the electrical transmission performance of the structure and design of the structure and maximize the electrical transmission performance of the structure and design of the structure and design of the structure. The output power density of about 270(μW/cm2/K2) is calculated by calculating the performance of the system. BiTe has been widely used in the field of thermoelectric materials, and its application in room temperature environment is expected. The development of thin film thermoelectric converters is necessary for the production of thermoelectric products. The processing of the alloy film structure is possible due to its thickness, thickness, and appropriate reflectivity. In this study, the thin film thermoelectric film was fabricated by processing the thin film substrate. The contact between the substrate and the electrode part is caused by the temperature difference between the substrate and the contact part on the high temperature side. The temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric converter is measured, and the temperature difference between the upper and lower surfaces of the thermoelectric converter and the lower surface of the thermoelectric converter is determined.

项目成果

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专利数量(0)
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多晶硅锗薄膜平面热电元件的制作与评估
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    小池 壮太;柳澤 亮人;黒澤 昌志;R. Jha;辻井 直人;森 孝雄;野村 政宏
  • 通讯作者:
    野村 政宏
ホイスラー合金薄膜の面内熱伝導率温度依存性
霍斯勒合金薄膜面内热导率的温度依赖性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    小池 壮太;辻井 直人;相澤 俊;森 孝雄;Bauer Ernst;野村 政宏
  • 通讯作者:
    野村 政宏
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  • 资助金额:
    $ 1.09万
  • 项目类别:
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