2020 Fiscal Year Annual Research Report
Design and development of structural-anisotropic three-dimensional phononic crystal toward low thermal conductivity material
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20H02621
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
石河 泰明 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (70581130)
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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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱伝導率 / ナノ構造 / ZnO / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既設のレーザーナノパターニング装置により、ネガ型レジストであるＳＵ－８に対して、膜厚１０μｍ程度の３次元周期的ナノ構造を形成し、それをテンプレートとして、液体型ZnOを充填することで、ＺｎＯによる３次元周期的ナノ構造体の形成を行った。２ｃｍ×２ｃｍのガラス基板上に、膜厚としては１０％程度のばらつきはあるものの、ナノ構造体を均一に形成することができた。
熱電物性の評価として、電気伝導率、ゼーベック係数の測定を試みたところ、ナノ構造を有していないＺｎＯ薄膜と比較して、やや大きいゼーベック係数が得られた。一方、同等の電気伝導率が得られた。更に充填するＺｎＯ前駆体溶液の濃度によって得られるゼーベック係数が変化することが判明した。形成したナノ構造の形が影響している可能性があり、今後、再現性やより大きく構造を変化させたときの物性変化を観察していく必要がある。
次に、今年度、試料に対して面内方向の熱伝導率測定を目指した評価装置を導入した。無事稼働状態となり、試料作製ができ次第、熱伝導率の評価を進める。
平行して、３ω法による膜厚方向の熱伝導率測定を試みた。残念ながら特性が大きくばらつき、精度良い計測とならなかった。試料サイズが小さく、エッジの影響が出たものと考えらる。また、電極の厚み制御がデータ取得に非常に重要であることが分かった。今後、試料作製の再現性を確認するとともに、形成した試料をより大きくする必要があると考えられる。
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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
ZnOによる3次元周期的ナノ構造形成は実現しており、熱電物性としてその電気的特性評価を確認した。また、面内方向の熱伝導率を評価する装置の導入も完了し、無事稼働状態にしており、今後、試料が用意でき次第、熱伝導率の評価が実施できる環境構築も終えている。
縦方向の熱伝導率評価も実施した。測定データが大きくばらつくが、その原因もある程度絞り込めており、次年度に向けた対策も立てられている。
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| Strategy for Future Research Activity |
試料の大面積化を行う。利用するレーザーの強度を高め、装置の光軸調整を行うことで実現できる。大面積化したSU-8による3次元周期的ナノ構造のテンプレート試料に対してZnO前駆体溶液の充填プロセスを早期に確立し、熱電物性評価を進める。
試料作製のノウハウも蓄積しつつあり、試料作製のスピードアップも期待できる。
昨年度導入した面内方向の熱伝導率評価装置を利用するなどして、取り組んでいるナノ構造が導入されたZnO膜の熱電物性評価を進める。また、ナノ構造サイズの制御をフェーズシフトマスクの設計から進め、フェーズシフトマスク作製を完了させる。
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