2019 Fiscal Year Annual Research Report
Effect of three-dimensional Si phononic crystal on thermal-electric characteristics
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17K05032
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
石河 泰明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (70581130)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 3次元周期的ナノ構造 / 液体材料 / テンプレート / 液体シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究において、ＺｎＯ-３次元周期的ナノ構造膜の形成技術を確立した。また、テンプレート除去時に高温プロセスがこれまで必要であり、その高温プロセスにより充填される半導体物性が変化することが懸念されたが、溶解性材料によりテンプレートを形成する手法を開発し、１００度程度の低温プロセスでテンプレート形成および除去する技術を確立した。
開発した３次元周期的ナノ構造を有した半導体膜を塗布型ＺｎＯ前駆体を利用して作製するだけでなく、液体シリコンを用いて作製し、シリコンによるナノ構造体膜の形成を試みた。
塗布時のスピンコート条件や仮焼成条件（時間、温度）等を最適化することで、Ｓｉの３次元周期的ナノ構造の形成に成功した。
構造の均一性の観点から、熱電特性の評価にはＺｎＯ-３次元周期的ナノ構造膜を用いた。ナノ構造作製時のＺｎＯ前駆体濃度を増加させることでゼーベック係数およびパワーファクタの増加が確認された。また、高抵抗化させたＺｎＯ-３次元周期的ナノ構造膜の熱伝導率を３ω法で計測した結果、０．３０～０．７３ Ｗ／ｍＫと極めて低い熱伝導率が実証された。従来の薄膜であれば１００ Ｗ／ｍＫ程度であるので、本構造体を利用することで２００分の１に熱伝導率が低減されたことから、本研究で提案したナノ材料は、熱電材料として非常に有望であることが示された。また開発した本手法から、今回導入したＺｎＯやＳｉの液体前駆体だけでなく、他材料系への展開が広く期待できる。
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