| 研究課題/領域番号 |
21K14536
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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29020:薄膜および表面界面物性関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
石部 貴史 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (50837359)
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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: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 熱電変換 / シリサイド / 薄膜 / Diracバンド / フォノン / シリサイド半導体 / ディラック電子系 / Heavy band / 超格子 / 界面制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、代表者が培ってきた輸送電子の平均エネルギー増大法、及びナノ構造界面フォノン散乱の知見を駆使して、低毒元素のみで構成したSi基板上e-CoSi1-xGex/e-CoSi超格子薄膜熱電材料を創製する。本超格子において、e-CoSi1-xGexの有するDirac電子由来の超高電気伝導率、Ge濃度変調に伴う電子-フォノン相互作用制御によるゼーベック係数増大を狙う。また上記材料を超格子化することでe-CoSi1-xGex/e-CoSi界面でのフォノン散乱誘発に伴う熱伝導率低減を達成し、三熱電物性の同時制御を実現する。これにより、IoT, IoHセンサ用の高性能薄膜熱電電源を開発する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、ε-CoSi1-xGex系積層膜/SiにおいてDirac電子の超高電気伝導率とHeavy band位置の意図的制御による高ゼーベック係数を実現して熱電出力因子増大を、さらに合金・界面フォノン散乱誘発による熱伝導率低減を同時達成することを目的とした。本研究では、エピタキシャルε-CoSi薄膜及びε-CoGe/ε-CoSi1-xGex積層膜の形成に成功し、電子-フォノン相互作用によるバンド間遷移を利用した高ゼーベック係数、合金・界面フォノン散乱による低熱伝導率を同時に実現するだけでなく、原子置換による高性能化も達成した。本成功は、Si基板上薄膜熱電電源の実現可能性を高めるものである。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、電子-フォノン相互作用によるバンド間遷移を利用したゼーベック係数の向上を実験的に初めて実証した。これにより、波数空間エネルギーフィルタリング効果が熱電性能向上に有望であることが明らかとなった。これは、熱電性能向上の新しい方法論が生まれた点で学術的インパクトの高いものである。また、Si基板上に高熱電性能薄膜を実現したことは、Siプロセス利用の観点から産業応用上の価値が高い。これは、IoT、IoHセンサ用電源として薄膜熱電材料の産業応用を前進させる点で、高い社会的インパクトを与えるものであると言える。
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