| 研究課題/領域番号 |
19H00853
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(A)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
中区分28:ナノマイクロ科学およびその関連分野
|
|---|
| 研究機関 | 大阪大学 |
|---|
研究代表者 |
中村 芳明 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (60345105)
|
|---|
| 研究分担者 |
黒澤 昌志 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40715439)
森 伸也 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (70239614)
藤田 武志 高知工科大学, 理工学群, 教授 (90363382)
澤野 憲太郎 東京都市大学, 理工学部, 教授 (90409376)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2022年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
2020年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2019年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
|
|---|
| キーワード | シリコン / ナノ構造 / フォノン / 分子線エピタキシー / 熱電材料 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、代表者が確立してきたナノ技術を駆使して、Si・SiGe系二次元シートを含有する新規Ca－SiGe系人工層状超格子を創造する。二次元的超高移動度ディラック電子状態と、空間局在した界面フォノンモードとを同時に実現し、長年の課題であった３熱電物性の独立制御（電気伝導率増大、ゼーベック係数増大、熱伝導率低下）を狙う。上記の原子レベルのナノ構造材料設計による二次元電子伝導とフォノン輸送の制御戦略に基づき、理論予測・計算科学予測と実験的検証を行うことで熱電性能向上の新方法論を確立し、今まで利用できなかった低温廃熱の回収を目的とした高性能の環境調和型Si系熱電薄膜材料とそのデバイスの開発を行う。
|
| 研究成果の概要 |
本研究では、Si系層状物質CaSi2を模倣し、フォノンモード・電子状態の空間制御を施した新規Ca－Si1-xGex系人工層状超格子を創造する。それにより二次元ディラック電子状態による高出力因子、フォノン閉じ込めによる究極低κを達成し、Si系の薄膜熱電材料・デバイスを開発することを目的とした。
人工層状超格子形成に向けて、Ca―IV族元層状薄膜の形成技術開発を行った。その後、性能を詳細に調べた結果、予想とは異なり、原子変位を起こしたCa-人工層状超格子が高性能を示すことを見出した。これは学術的に興味深く、さらに応用に資する高性能Si系薄膜熱電デバイス実現にも大きく貢献する結果である。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
IoT独立電源として、低温廃熱用の軽量・小型であるSi系の薄膜熱電デバイスが注目を浴びている。高い熱電変換効率を得るには、熱伝導率低減と熱電変換出力因子の増大の同時実現が必要であるが、それらには相関があり難しい。本研究では、Dirac分散とフォノン閉じ込めに期待し、Si系の層状物質であるCa-SiGe系人工層状物質の開発に注目した。研究を行った結果、予想以上の高性能が得られ、興味深いことに、これはシリセンのSi原子位置が変位していることに起因することがわかってきた。この発見は、学術的には新しく、興味深いだけでなく、Si系材料として社会応用の可能性が期待できるものである。
|
