| 研究課題/領域番号 |
21K14201
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 明治大学 |
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研究代表者 |
横川 凌 明治大学, 理工学部, 助教 (10880619)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
本研究課題ではシリコンゲルマニウム(SiGe)混晶のラマン分光法による熱特性評価手法確立を目指し、飛躍的な熱伝導率低減を可能とするフォノン散乱機構を模索する。ラマン分光法で観測されるラマンシフト(フォノンエネルギー)に着目し、これまで困難だったSiGeの低次元系における熱伝導メカニズムを解明することを目的としている。
温度可変ラマン分光法とバルクSiGeで導出したラマンシフトと温度の関係を導出した結果、Si-Si、Si-Ge、Ge-Ge振動モード全てがGe組成によらず一定の値を有することが明らかになった。これらの関係式を用いることにより高精度でSiGe微小領域の温度を測定できると考えている。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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