| Project/Area Number |
21K14201
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
Yokogawa Ryo 明治大学, 理工学部, 助教 (10880619)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| 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 / ラマン分光法 / ナノ構造 / 非調和振動 / 局在振動モード / SiGe / 熱伝導率 |
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| Outline of Research at the Start |
SiGe混晶は合金効果で熱伝導率が大きく低減することから、近年新たな熱電発電材料として注目されており、更なる低熱伝導率低減を達成すべく、様々な熱電発電デバイス構造が提案されているものの、熱輸送を考える上で重要なフォノンの振舞いは評価技術が未発達で、未だ理論的予測に留まっている。本研究ではフォノンエネルギーを直接観測することができる温度可変ラマン分光法により、SiGeの微視的な熱伝導機構を明らかにする。そして飛躍的な熱伝導率低減を可能とするSiGe混晶のフォノン散乱機構を実証することでSiGe熱電発電デバイスの性能を大幅に向上させ、混晶という複雑な系のフォノン物性の学理構築を目的とする。
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| 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.
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| 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。
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