2020 Fiscal Year Annual Research Report
Research on high performance flexible thermoelectric device focusing on heat transport in amorphous oxide semiconductor
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19H02601
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
浦岡 行治 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (20314536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上沼 睦典 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 (20549092)
Bermundo J.P.S 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60782521)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属酸化物 / 熱電素子 / フレキシブル基板 / 薄膜トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Zn系酸化物薄膜の熱電性能向上を目的とし、原子層堆積法による多元素積層技術と結晶性の影響および薄膜トランジスタ構造による効果を研究し、以下の成果を得た。
１、原子層堆積法により、ZnO層とHfO2層及びTiO2層の積層構造を作製し、その電気伝導度およびゼーベック係数を評価した。ZnO薄膜にHfO2層を挿入することで電気伝導度およびゼーベック係数の熱サイクル安定性の向上を実現した。XPSにより膜中酸素結合を評価し、熱サイクル後のHfO2層挿入膜は、酸素欠陥由来の結合の増加が抑制されていることを見出した。
２、InGaZnO薄膜に対し非晶質および微結晶による熱電特性の違いと水素含有雰囲気での熱処理効果の影響を明らかにした。c軸配向膜に一部ランダム配向を含む膜では、非晶質やc軸配向膜に比べて水素の取り込みにより熱電性能が大幅に変化することを見出した。
３、非晶質InGaZnO薄膜をチャネルとする薄膜トランジスタ構造における蓄積層の電気伝導度およびゼーベック係数を評価し、薄膜に比べ熱電性能が向上することを明らかにした。チャネル長が900μmである薄膜トランジスタから得られた電気伝導度及びゼーベック係数の結果に対し、パーコレーション伝導を取り入れたKamiya-Nomura modelからポテンシャル障壁の違いにより実験結果が説明できることを明らかにした。非晶質InGaZnO薄膜では、膜中のポテンシャル障壁の高さに大きな分散が存在することに対し、薄膜トランジスタの蓄積状態では、ポテンシャル障壁の分散が小さいことを示した。さらに、熱電性能の向上とポテンシャル障壁によるエネルギーフィルタリング効果が関連していることを示した。
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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
本研究は酸化物薄膜の熱電素子への応用とそのメカニズム解明を目指した研究であるが,電気伝導度や熱伝導率において、従来の値の1桁以上の高い熱電性能の結果を実証できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、金属酸化物の熱電応用をめざして、提案書に記載した計画通りに進めてゆきたい。つまり、材料の合成、デバイス作製、性能評価などの工程を繰り返し実行したい。特に最終年度は、デバイス構造も工夫して、その可能性をさぐりたい。これまでの成果も合わせて、目標である金属酸化物薄膜材料の熱電素子への応用による優位性と可能性についてまとめてゆきたい。
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Research Products
(8 results)
