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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of coherently-connected nanodot structure for rare-metal-free thermoelectric materials

Research Project

Project/Area Number 25286026
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中村 芳明  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60345105)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 澤野 憲太郎  東京都市大学, 工学部, 教授 (90409376)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywordsナノ材料・創製プロセス / シリコン
Outline of Annual Research Achievements

本研究テーマは、一昨年の装置の不具合のため、研究進捗がやや遅れている状態にあった。そこで、2016年度は、やり残した測定を行い、学会発表を精力的に行った。昨年度、熱伝導率を低減しながら、電気伝導率はバルクと同程度という予備的結果を得ていた。本年度は、それを確認するため、電気伝導率のキャリア濃度依存性を詳細に調べた。ナノ構造へのキャリアドーピングは、イオン注入により行った。よい熱電性能をえるために、熱電材料において、通常1019~1020 cm-3 程度のハイドープを行う必要である。ところが、ナノ構造において、界面へのトラップのため、活性化率が落ちる現象があるため、ハイドープが難しい。単純にイオン注入のドーズ量を上げると、作りこんだ構造が破壊される。そこで、本年度、我々は、マイルドな条件におけるイオン注入と活性化アニール(結晶回復アニール)をナノ構造試料に繰り返し施すことで、ハイドープを狙った。その結果、ナノ構造を維持したまま、ハイドープを行うことができた。その試料の電気測定を行った結果、Siと同程度の電子移動度を得ることができた。また、この試料において、ゼーベック係数測定を行った。ハイドープした薄膜はノンドープのSi基板上に形成されており、基板に流れる電流及び基板のゼーベック係数の効果は無視できる。ゼーベック係数測定の結果、Siと同程度の値であることを確認した。これらの結果と、熱伝導率が低減しているという結果を合わせると、我々は、熱伝導率を低減しながら、高い電気伝導率とゼーベック係数、すなわち高出力因子の維持が可能となるコヒーレントナノ構造の形成に成功したといえる。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Thermoelectric properties of epitaxial β-FeSi2 thin films/Si(111) and enhancement approach of its thermoelectric performance2017

    • Author(s)
      Tatsuhiko Taniguchi, Shunya Sakane, Shunsuke Aoki, Ryo Okuhata, Takafumi Ishibe, Kentaro Watanabe, Takeyuki Suzuki, Takeshi Fujita, Kentarou Sawano, and Yoshiaki Nakamura
    • Journal Title

      Journal of Electronic Materials

      Volume: 46 Pages: 3235-3241

    • DOI

      10.1007/s11664-016-4997-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoelectric properties of epitaxial β-FeSi2 thin films grown on Si(111) substrates with various film qualities2017

    • Author(s)
      Kentaro Watanabe, Tatsuhiko Taniguchi, Shunya Sakane, Shunsuke Aoki, Takeyuki Suzuki, Takeshi Fujita, and Yoshiaki Nakamura
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Pages: 05DC04-1-5

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.05DC04

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Amorphous / epitaxial superlattice for thermoelectric application2016

    • Author(s)
      Akihiro Ishida, Hoang Thi Xuan Thao, Mamoru Shibata, Seisuke Nakashima, Hirokazu Tatsuoka, Hidenari Yamamoto, Yohei Kinoshita, Mamoru Ishikiriyama, and Yoshiaki Nakamura
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Pages: 081201-1-5

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.081201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial iron oxide nanocrystals with memory function grown on Si substrates2016

    • Author(s)
      Takafumi Ishibe, Hideki Matsui, Kentaro Watanabe, Shotaro Takeuchi, Akira Sakai, and Yoshiaki Nakamura
    • Journal Title

      Applied Physics EXPRESS

      Volume: 9 Pages: 055508-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.9.055508

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Independent control of phonon and electron transport in Si-based nanoarchitectures with epitaxial Ge nanodots2017

    • Author(s)
      Kentaro Watanabe, Shuto Yamasaka, Takafumi Ishibe, Shunya Sakane, Kentarou Sawano, and Yoshiaki Nakamura
    • Organizer
      The 1st Asian Conference on Thermal Sciences (ACTS 2017)
    • Place of Presentation
      Jeju Island, Korea
    • Year and Date
      2017-03-26 – 2017-03-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si(001)基板上エピタキシャルGe薄膜の熱電特性2017

    • Author(s)
      谷口 達彦、宮本 拓、奥畑 亮、渡辺 健太郎、中村 芳明
    • Organizer
      2017年春季<第64回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] ナノドット含有Si薄膜における構造と出力因子の関係2017

    • Author(s)
      坂根 駿也、渡辺 健太郎、藤田 武志、澤野 憲太郎、中村 芳明
    • Organizer
      2017年春季<第64回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] エピタキシャルb-FeSi2ナノドット含有Si薄膜の作製とその熱電特性評価2017

    • Author(s)
      坂根 駿也、渡辺 健太郎、藤田 武志、澤野 憲太郎、中村 芳明
    • Organizer
      応用物理学会関西支部平成28年度第3回講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学中之島センター(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2017-02-24 – 2017-02-24
  • [Presentation] Nanoarchitecture design for independent control of carrier and phonon transports2016

    • Author(s)
      Yoshiaki Nakamura
    • Organizer
      Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings & Interfaces (Parcsurf2016)
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-12-11 – 2016-12-15
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 低温スピンオンドーピング法によるSi基板上π型熱電モジュールの作成2016

    • Author(s)
      金子 航大、渡辺 健太郎、中村 芳明
    • Organizer
      応用物理学会関西支部平成28年度第2回講演会
    • Place of Presentation
      関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス(兵庫県西宮市)
    • Year and Date
      2016-10-07 – 2016-10-07
  • [Presentation] ナノ構造を用いた熱電特性制御とSi系熱電材料開発2016

    • Author(s)
      中村芳明
    • Organizer
      日本金属学会 時限研究会 第四回エレクトロニクス薄膜材料研究会
    • Place of Presentation
      大阪大学 (大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2016-09-22 – 2016-09-22
    • Invited
  • [Presentation] Si基板上への鉄シリサイド薄膜構造形成とその熱電物性2016

    • Author(s)
      坂根駿也、谷口達彦、渡辺健太郎、中村芳明
    • Organizer
      第28回シリサイド系半導体と関連物質研究会
    • Place of Presentation
      新潟駅前カルチャーセンター(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-16 – 2016-09-16
    • Invited
  • [Presentation] 急峻界面をもつエピタキシャルナノ構造を用いたフォノン輸送制御2016

    • Author(s)
      中村 芳明
    • Organizer
      2016年秋季<第77回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] エピタキシャルGeナノドット含有Si薄膜における熱伝導率の低減2016

    • Author(s)
      渡辺 健太郎、山阪 司祐人、澤野 憲太郎、中村 芳明
    • Organizer
      2016年秋季<第77回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] Si(111)基板上エピタキシャルβ-FeSi2薄膜の熱電特性2016

    • Author(s)
      谷口 達彦、坂根 駿也、青木 俊輔、奥畑 亮、渡辺 健太郎、鈴木 健之、藤田 武志、澤野 憲太郎、中村 芳明
    • Organizer
      2016年秋季<第77回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 鉄シリサイドナノドット構造制御によるSi薄膜の熱電物性向上2016

    • Author(s)
      坂根 駿也、渡辺 健太郎、藤田 武志、澤野 憲太郎、中村 芳明
    • Organizer
      2016年秋季<第77回>応用物理学会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] エピタキシャルGeナノドットを用いたSi系熱電材料の高性能化2016

    • Author(s)
      山阪 司祐人、渡辺 健太郎、中村 芳明
    • Organizer
      第13回日本熱電学会
    • Place of Presentation
      東京理科大学葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • Year and Date
      2016-09-05 – 2016-09-07
  • [Presentation] The Growth of High Quality Epitaxial β-FeSi2 Thin Films by Solid Phase Epitaxy2016

    • Author(s)
      Tatsuhiko Taniguchi, Shunya Sakane, Shunsuke Aoki, Kentaro Watanabe, Takeyuki Suzuki, Takeshi Fujita, and Yoshiaki Nakamura
    • Organizer
      Asia-Pacific Conference on Semiconducting Silicides and Related Materials
    • Place of Presentation
      Kyushu University, Fukuoka City, Fukuoka Pref.
    • Year and Date
      2016-07-16 – 2016-07-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Independent control of phonon and electron transport in Si films including epitaxial Ge nanodots2016

    • Author(s)
      Kentaro Watanabe, Shuto Yamasaka, Shunya Sakane, Kentarou Sawano, and Yoshiaki Nakamura
    • Organizer
      The 35th International Conference & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics (ICT/ACT2016)
    • Place of Presentation
      Wuhan, P. R. China
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermoelectric properties of epitaxial β-FeSi2 thin films/Si(111)2016

    • Author(s)
      Tatsuhiko Taniguchi, Shunya Sakane, Shunsuke Aoki, Kentaro Watanabe, Takeyuki Suzuki, Takeshi Fujita, and Yoshiaki Nakamura
    • Organizer
      The 35th International Conference & The 1st Asian Conference on Thermoelectrics (ICT/ACT2016)
    • Place of Presentation
      Wuhan, P. R. China
    • Year and Date
      2016-05-29 – 2016-06-02
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 極小エピタキシャルGeナノドット含有Siナノ構造における熱伝導制御2016

    • Author(s)
      山阪 司祐人、渡辺 健太郎、坂根 駿也、中村 芳明
    • Organizer
      第53回日本伝熱シンポジウム
    • Place of Presentation
      グランキューブ大阪(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2016-05-24 – 2016-05-26

URL: 

Published: 2018-01-16  

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