Study on thermal transport mechanism at nanoscale of SiGe alloys using variable temperature Raman spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14201
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: Yokogawa Ryo 明治大学, 理工学部, 助教 (10880619)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 温度可変ラマン分光法 / ラマンシフト / フォノン / シリコンゲルマニウム

Outline of Final Research Achievements

In this study, a method for evaluating thermal properties of silicon-germanium (SiGe) using Raman spectroscopy was established. In addition, reduction of thermal conductivity for SiGe fine structures was explored from the viewpoint of phonon scattering process.
By investigating the relationship between the Raman shift and temperature using variable temperature Raman spectroscopy and bulk SiGe crystals, it was revealed that the Si-Si, Si-Ge, and Ge-Ge vibrational modes have constant values regardless of the Ge fractions. In conclusion, it will be possible to measure the temperature of SiGe fine structures by Raman spectroscopy.

Free Research Field

半導体工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題により、温度可変ラマン分光法と高品質無歪単結晶バルクシリコンゲルマニウム(SiGe)を組み合わせることで、これまで不明瞭であったシリコンゲルマニウム(SiGe)のラマンシフト(フォノンエネルギー)と温度の関係を明らかにした。これらの係数は各振動モードに対してGe組成によらずおおよそ一定であることが分かった。SiGeの各光学フォノンモードのラマンシフトと温度の関係式を用いることでSiGe混晶内で熱の伝搬を抑制、および促進しているか原子オーダーで把握することができ、これまでの熱特性評価技術に加え、熱伝導率をフォノン輸送的観点から予測できると考える。