2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Si-based Dirac electron superlattice and its thermoelectric devices based on phonon and electron trapsport physics
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19H00853
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中村 芳明 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60345105)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒澤 昌志 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40715439)
森 伸也 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70239614)
藤田 武志 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (90363382)
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱電材料 / シリコン / ナノ構造 / フォノン / 分子線エピタキシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、代表者が確立してきたナノ技術を駆使して、Si・SiGe系二次元シートを含有する新規Ca－SiGe系人工層状超格子を創造することを狙う。本年度は、まず、Si系層状物質（CaSi2等）薄膜を適切なエピタキシャル成長方法で形成する技術を開発し、その物性評価を行うことを目的とした。分子線エピタキシー法を用いて様々な条件で実験を行った結果、成長条件および薄膜成長方法により、形成される薄膜の組成・格子が大きく異なり、それに伴って物性も予想以上に大きく異なるという新たな事実を見出した。そこで、成長法に対する膜質・物性の依存性を理解し、その本質を見分けることが本研究にとって必要であることが分かったため、まず異なる成長法を開発することを狙った。具体的には、固相成長、気相成長など様々な成長法によりCaSi２のエピタキシャル成長薄膜を形成する技術開発に挑戦した、まず、各々成長法に適した成長装置を開発し、成長条件を緻密に探索することで、様々な手法を用いてエピタキシャル薄膜を成長できる技術の開発に成功した。さらに、それらの薄膜の物性を評価を行ったところ、成長法に依存して薄膜のゼーベック係数が大きく異なるという予備データを得ることに成功した。今後は、物性の成長法依存性を緻密にとり、その上で、より制御性の高い単原子層ずつ制御して成長する原子層制御薄膜成長法を行うことで、薄膜の質と物性の関係及びその物理を明らかにしてく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の分子線エピタキシーを用いたエピタキシャル薄膜の成長は順調にうまくいったと思われる。その後の、薄膜の形成方法・形成条件が薄膜の性能に与える影響が予想以上に大きいことがわかった。しかし、この本質を明らかにすることは、本研究にとって重要であると判断し、様々な成長方法を確立させて、各々の成長方法によって制御してエピタキシャル成長開発することにした。その後、この成長技術開発は成功し、物性を緻密に測定できるための基軸となる薄膜成長技術を整えることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の研究成果により、現在、様々な成長法で薄膜を制御して形成することが可能となった。これを用いて、物性の成長法依存性を緻密にとることを行う。ただし、この物性と薄膜の質との関係を明らかにすることは、一般に非常に難しいと考えられる。またより高性能な物質を開発する上では、より制御性の高い成長法が必要とされる。これらの問題点を克服しながら、研究を進めるために、より制御性の高い薄膜形成技術として、単原子層ずつ制御して成長する原子層制御薄膜成長法を行うことで、薄膜の質と物性の関係及びその物理を明らかにし、この知見をもとに、より高性能な薄膜の開発を狙うことができると考えている。
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