Novel concept of thermoelectric devices using electric double layer gating.

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05342
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Fujii Takenori 東京大学, 低温科学研究センター, 助教 (80361666)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 熱電変換 / 電気二重層トランジスタ / カーボンナノチューブ / トランスバース型熱電素子 / ambipolarトランジスタ / 電気二重層コンデンサ

Outline of Final Research Achievements

To fabricate a p-n junction for a thermoelectric device, an ambipoler transistor structure was applied to semiconducting single-walled carbon nanotube (SWCNT) sheets. Here, we adopt a method to form a p-n thermoelectric pair in a liquid-gated ambipoler SWCNT transistor. The positive and negative carriers can be created by applying opposite gatevoltage on source and drain electrodes, and the position of the p-n junction was electrically controlled by the potential difference between source and drain electrodes. We observed the positive and negative thermopower on the half the sample in source and drain side, when the position of the p-n junction was located in the center of the sample. In this research, we found this p-n junction could perform a crucial role to develop thermoelectric devices.

Free Research Field

熱電変換

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

熱電変換素子においては、p型とn型の熱電材料を直列に繋ぐことによって有効な起電力を得ている。そのためp型とn型の材料開発が必要であるが、それぞれの材料の熱電性能を最適化することは難しい。半導体型単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は、巨大な熱起電力を示すことが報告されており、さらに、電気二重層トランジスタ(EDLT)によってゲート電圧の符号を逆転させることで、p型とn型の両方のキャリアを誘起できることが知られている。ここでは、EDLTを応用し、電気二重層キャパシタ構造と、トランスバース型構造の2つの素子の試作を行った。どちらも、１対のp-n接合では熱電変換素子としての性能確認が出来た。