Formation mechanism of homologous In2O3(ZnO)m superlattice thin films and their thermal/electrical properties

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K21338
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Thin film/Surface and interfacial physical properties; General applied physics
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: Jia Junjun 青山学院大学, 理工学部, 助教 (80646737)
• Research Collaborator: Shigesato Yuzo 青山学院大学, 教授 ; Yagi Takashi 産業技術総合研究所, 物質計測標準研究部門 ; Yamashita Yuichiro 産業技術総合研究所, 物質計測標準研究部門 ; Klein Andreas Technische Universität Darmstadt, Prof.
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 熱・電気特性 / 超格子構造 / アモルファス / In2O3 / ZnO / In-situ XRD / XAFS

Outline of Final Research Achievements

We developed a new method to fabricate the In2O3(ZnO)m thin film with superlattice structure on the glass substrate as thin-film thermoelectric materials. Our results suggested that the majority carriers originate from oxygen vacancies in the InO2 layer and Freckle-type Zn interstitials at the temperature range of 400 to 600 ℃. The superlattice structure also leads a rather low thermal conductivity (2 W/mK), which is due to the phonon scattering from the inner interface of superlattice structure and those modulated In atoms in In2O3(ZnO)m structure.

Free Research Field

応用物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では汎用性があるガラス基板上に超格子構造薄膜の形成方法を確立でき、高分解能TEM観察とin-situ XRD測定の統合により、後焼成によるアモルファスIZO薄膜からホモロガス構造In2O3(ZnO)n薄膜への固相反応に関する新しい評価手法を提案した。加えて、In2O3(ZnO)ｍ超格子薄膜の熱伝導機構を理解し、高温で薄膜中の欠陥生成・消滅機構を解明した。高温超格子熱電素子の実用化に向けて、これまで利用が困難であった高温領域の未利用熱エネルギーを効率的に回収することに役立つと考えられる。