2014 Fiscal Year Annual Research Report
ナノドットの一次元コヒーレント結合構造を用いたレアメタルフリー高性能熱電材料開発
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25286026
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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) |
澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 准教授 (90409376)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 熱電ナノ材料 / ナノドット / 熱電変換材料 / シリコン系材料 / MBE / ユギキタス元素 / 極薄Si酸化膜 / ドーピング技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、球形ナノドットをコヒーレント結合したナノ構造を形成することで、高性能化したレアメタルフリー環境調和型熱電材料の開発を目的としている。初年度は、極薄Ｓｉ酸化膜を用いてランダム配置Ｓｉナノドットを成長し、成長中にドーピングする技術を開発した
本年度は、このドーピングしたナノ構造の熱電特性を調べた。まず、昨年度開発した技術を用いて、ドーピングを施したＳｉナノドット含有構造をいくつか作製した。その試料の熱伝導率、及びホール測定を行った。その結果、熱伝導率の大幅な低減に成功し、比較的高いドーピングにも成功した。この研究結果は、この構造及びドーピング条件のさらなる最適化を行うことで、高性能Ｓｉ系熱電材料の実現の道を拓くものであるといえる。
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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
当初の研究計画は、初年度：プロセス開発、次年度：物性測定、最終年度：最適化というものである。実際は、一次元の連結を少し変えた、Siナノドット含有ナノ構造を目指すことにしたが、研究計画の本質は変わっていない。これは、ドーピングの観点からこの構造のほうがすぐれていると判断したからである。初年度は、本構造のプロセス開発に成功した。本年度は、ナノ構造における熱伝導率やホール測定の評価は難しいものの、その試みに成功し、それらの物性値を評価することができた。このまま、最終年度、うまくいけば、最適化に成功し、さらに一次元構造への展開も期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、熱電特性の最適化をはかる。その結果、予想より良い性能が得られないという問題にぶつかる可能性がある。それは、Ｇａが酸化膜にトラップされる傾向があるためと予想できる。そのため、酸化膜とＧａドーピング空間位置を意識してナノ構造を最適化する必要がある。また、それでも、性能向上が難しい場合、Ｇａをわざと酸化膜に偏析させて、フォノン散乱用のナノ偏析物とドーピング材としての二つの効果を狙うという発想の転換も一つの手段としてある。これは、Ｇａの偏析効果というマイナス面を逆手に取った発想であるが、従来の計画にとらわれず、進めていくことがカギとなると考える。また本年度はドーピング技術開発が予想よりうまく進んだ。そのため、最終年度は、最適化がうまくいけば、その後に一次元構造への展開に挑戦する予定である。
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| Causes of Carryover |
当初の研究計画では、一次元結合構造の形成プロセス開発を行う予定であったが、初年度は、ナノドット含有薄膜構造を用いたドーピング技術開発を最初に行うように計画変更をし、その結果、その構造形成のプロセス開発に成功した。本年度は、この構造を用いて、ドーピング開発を行った。その際、Ｇａのプロセス中でのドーピングが予想以上にうまくことが運んだ。そのため、次年度は、ナノドット含有薄膜構造の最適化を行った後に、当初は初年度に行うはずであった一次元結合構造の形成研究に取り組むことができると考えている。したがって、この研究計画にのっとり、ドーピング実験がうまくいった分の予算を、次年度の一次元結合構造の形成実験にまわして、研究を推進するために、「次年度使用額」が生じさせた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、当初の目的であった一次元結合構造の形成プロセス開発も行う予定である。
そのためには、蒸着源等新たに成長装置を補強する必要がある。しかし、研究代表者は、成長装置の改造・改良に慣れており、最終年度にこれを取り組んでも、十分研究を遂行できるものと考えている。「次年度使用額」はそのために充てる費用である。
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[Journal Article] Anomalous reduction of thermal conductivity in coherent nanocrystal architecture for silicon thermoelectric material2015
Author(s)
Yoshiaki Nakamura, Masayuki Isogawa, Tomohiro Ueda,Shuto Yamasaka, Hideki Matsui, Jun Kikkawa, Satoaki Ikeuchi,TakafumiOyake, TakumaHori, JunichiroShiomi, AkiraSakai
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Journal Title
Nano Energy
Volume: 未定
Pages: 未定
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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