界面熱伝導評価方法の開発およびＧｅ／Ｓｉ界面熱伝達率の制御

• 研究課題/領域番号: 23560813
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 徐 一斌 独立行政法人物質・材料研究機構, ハイブリット材料ユニット, 主幹研究員 (30354244)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 界面 / 熱伝導 / 周波数領域法 / 分子動力学シミュレーション / フォノン状態密度 / フォノン緩和時間 / 拡散 / 結晶欠陥

研究概要

本研究では、半導体/半導体界面を対象として、単一界面の熱抵抗の測定手法を確立した。分子動力学シミュレーションを用いて、Si/Geの理想界面、空孔を含む界面、および原子拡散のある界面に対して、界面付近のフォノンDOSと緩和時間を解析し、界面熱抵抗を計算した。界面付近のフォノンDOSの変化、フォノン緩和時間の周波数依存性、およびそれらの界面熱抵抗に対する影響を解明した。スパッタ成膜したGe(Si)のアモルファス・多結晶薄膜を用いて、Ge(Si)薄膜の面外方向の熱伝導率、およびSi/Geの界面熱抵抗を測定した。Si/Geの界面熱抵抗は、界面の結晶状態やラフネス等に強く依存することが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Phonons with long mean free paths in a-Si and a-Ge (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan, Y. Xu, M. Goto, Y. Tanaka, R. Kato, M. Sasaki, and Y. Kagawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol. 104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal conductivity of sputtered amorphous Ge films (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan, Y. Xu, M. Goto, Y. Tanaka, R. Kato, M. Sasaki, and Y. Kagawa
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: Vol.4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and Thermal Properties of V205 Thin Films with Crystallization (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kang, S. W. Kim, J. Ryu, Y. Xu and R. Kato
  • 雑誌名: J. Korean Physical Society 巻: Vol. 62
  • 査読あり
• [雑誌論文] 複合材料熱伝導性シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 雑誌名: Polyfile 巻: Vol.50 ページ: 33-37
• [雑誌論文] Thermal Conductivity of ZnO Thin Film Produced by Reactive Sputtering (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu, M. Goto, R. Ryozo, Y. Tanaka and Y. Kagawa
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.111
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Technique for Enhancing Sensitivity of the 2co Method by Applying a Bismuth Film Thermoreflectance Sensor on Top of the Metal Film-Dielectric Substrate Sample (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryozo Kato, Yibin Xu, and Masahiro Goto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Frequency-Domain Method Using Completely Optical Techniques for Measuring the Interfacial Thermal Resistance between the Metal Film and the Substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryozo Kato, Yibin Xu, and Masahiro Goto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Frequency-Domain Method Using Completely Optical Techniques for Measuring the Interfacial Thermal Resistance between the Metal Film and the Substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryozo Kato, Yibin Xu, Masahiro Goto
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 50 号: 10R ページ: 106602-106602
  • DOI: 10.1143/jjap.50.106602
  • NAID: 40019043782
  • 査読あり
• [学会発表] Constitutional and structural dependence of thermal conductivity of thin film and interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: HYDROGENIUS & I2CNER Joint Research Symposium
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2014-01-31
• [学会発表] Modeling and measurement of thermal resistance at interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: CIMTEC 2014
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
• [学会発表] Constitutional and structural dependence of thermal conductivity of thin film and interface (2014)
  • 著者名/発表者名: Yibin
  • 学会等名: HYDROGENIUS & I2CNER Joint Research Symposium
  • 発表場所: 福岡
  • 招待講演
• [学会発表] 複合材料の熱設計＆界面熱抵抗の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 学会等名: エレクトロニクス実装学会サーマルマネージメント公開研究会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling and measurement of thermal resistance at interfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu
  • 学会等名: CIMTEC2014, 13th Ceramics Congress
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 招待講演
• [学会発表] 材料データベースを用いた複合材料熱伝導特性の予測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 学会等名: MITS2013
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2013-11-07
• [学会発表] 複合材料の熱設計&界面熱抵抗の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 学会等名: エレクトロニクス実装学会サーマルマネージメント公開研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-01-26
  • 招待講演
• [学会発表] Si/Ge界面熱抵抗の分子動力学シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌、樺島智大、源聡、Zhan Tianzhuo
  • 学会等名: 第34回熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 富山
• [学会発表] Thermal conductivity of sputtered amorphous Ge films (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Z.Zhan,Y.Xu,M.Goto,Y.Tanaka,R. Kato, M. Sasaki, and Y. Kagawa
  • 学会等名: ISMNT4
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Interfacial Thermal Conductance by Phonon and Electron (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: ISMNT-4
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Thermal conductivity of sputtered amorphous Si films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan, Y. Xu, M. Goto, Y. Tanaka, R. Kato, M. Sasaki, and Y. Kagawa
  • 学会等名: The 10th Asia Thermophysical Properties Conference
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] "Molecular Dynamics Simulation on Interfacial Thermal Resistance of Si/Ge Interface with Diffusion and Vacancy" (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu, T. Kabashima, S. Minamoto, T. Zhan
  • 学会等名: The 10th Asia Thermophysical Properties Conference
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] Thermal conductivity of sputtered amorphous Ge films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan, Y. Xu, M. Goto, Y. Tanaka, R. Kato, M. Sasaki, and Y. Kagawa
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2013
  • 発表場所: Qingdao, China
• [学会発表] Application of Database in Thermal Design of Hybrid Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2013
  • 発表場所: Qingdao, China
• [学会発表] Measurement and Simulation of Interfacial Thermal Resistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: PRICM-8
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Thermal conductivity of Ge thin film on Si substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan, Y. Xu, M. Goto, R. Kato, and Y. Kagawa
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Thermal Conductance of Nanoscale ZnO Thin Film (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu, M. Goto, R. Kato, Y. Kagawa
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] Thermal conductivity of sputtered amorphous Ge films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Z. Zhan
  • 学会等名: 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Interfacial Thermal Conductance by Phonon and Electron (2013)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu
  • 学会等名: 4th International Symposium on Micro and Nano Technology
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation on Interfacial Thermal Resistance of Si/Ge Interface with Diffusion and Vacancy (2013)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu
  • 学会等名: The 10th Asia Thermophysical Properties Conference
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] Measurement and Simulation of Interfacial Thermal Resistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu
  • 学会等名: 8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Thermal conductivity of sputtered Ge thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: Tianzhuo Zhan, Yibin Xu, Masahiro Goto, Ryozo Kato and Yutaka Kagawa
  • 学会等名: 2013 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [学会発表] 周波数領域THERMOREFLECTANCE法(ω法)の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤良三,徐一斌,後藤真宏
  • 学会等名: 32回日本熱物性シンポジウム,日本熱物性学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] 複合材料熱伝導のシミュレーションと特性予測 (2012)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 学会等名: 環境・エネルギー材料熱物性シンポジウム2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-20
  • 招待講演
• [学会発表] Thermal Conductivity of Ge Thin Film on Si Substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhan Tianzhuo,徐一斌,後藤真宏,加藤良三,香川豊
  • 学会等名: 環境・エネルギー材料熱物性シンポジウム2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-20
• [学会発表] 非平衡分子動力学法によるSi/Ge界面熱抵抗の計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 樺島智大,源聡,徐一斌
  • 学会等名: 環境・エネルギー材料熱物性シンポジウム2012
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-11-20
• [学会発表] 反応性スパッタ法で作製したZnO薄膜の熱伝導率およびその組織構造依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌,後藤真宏,加藤良三,田中義久,香川豊
  • 学会等名: 第33回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] ω/2ω法において1次元熱流モデルが適用できる測定周波数の算出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤良三,徐一斌,Zhan Tianzhuo,後藤真宏
  • 学会等名: 第33回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Si基板上のGe薄膜の熱伝導率 (2012)
  • 著者名/発表者名: Zhan Tianzhuo,徐一斌,後藤真宏,加藤良三,香川豊
  • 学会等名: 第33回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] NIMS Databases for Materials Selection and Materials Design (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: IUMRS-ICEM2012
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [学会発表] Structuredependent thermal conductivity ofreactively sputtered ZnO thin film (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu, M. Goto, R. Ryozo, Y. Tanaka and Y. Kagawa
  • 学会等名: Eighteenth Symposium on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Boulder, USA
• [学会発表] NIMS Inorganic Materials Database AtomWork (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu
  • 学会等名: The 3rd Asian Materials Data Symposium
  • 発表場所: Okinawa, Japan
• [学会発表] Prediction of Si/Ge Thermal Boundary Resistance by Non-equilibrium Molecular Dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Minamoto, T. Kabashima and Y. Xu
  • 学会等名: The 3rd Asian Materials Data Symposium
  • 発表場所: Okinawa, Japan
• [学会発表] Structure dependent thermal conductivity of reactively sputtered ZnO thin film (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Xu, M. Goto, R. Ryozo, Y. Tanaka and Y. Kagawa
  • 学会等名: Eighteenth Symposium on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Colorado, USA
• [学会発表] 周波数ドメイン・サーモリフレクタンス（ω／２ω）法の発展とをの応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤良三
  • 学会等名: 環境・エネルギー材料熱物性シンポジウム2012
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] Dependence of Au/Al203 Interfacial Thermal Resistance on Micro-structure of Interfacial Region (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌,加藤良三,後藤真宏
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム,日本MRS
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] Au/サイファイア界面熱抵抗の組織構造依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌,加藤良三,後藤真宏
  • 学会等名: 第32回日本熱物性シンポジウム,日本熱物性学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] 反応性スパッタ法で作製したZnO薄膜の熱伝導率評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌,加藤良三,後藤真宏
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋季大会,日本金属学会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] Thermal property of zinc oxide coating films with controlled crystal preferred orientation (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Goto, Yibin Xu, Akira Kasahara, Masahiro Tosa
  • 学会等名: 19th European Conference on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Thermal resistance of Au/sapphire interfaceswith different micro-structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu, Ryozo Kato and Masahiro Goto
  • 学会等名: 19th European Conference on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 2011-08-28
• [学会発表] Thermal resistance of Au/sapphire interfaces with different micro-structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Yibin Xu, Ryozo Kato and Masahiro Goto
  • 学会等名: 19th European Conference on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Aristotle University of Thessaloniki, (Thessaloniki, Greece)
• [学会発表] Thermal property of zinc oxide coating films with controlled crystal preferred orientation (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Goto, Yibin Xu, Akira Kasahara, Masahiro Tosa
  • 学会等名: 19th European Conference on Thermophysical Properties
  • 発表場所: Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Greece
• [学会発表] Au/サイファイア界面熱抵抗の組織構造依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌, 加藤良三, 後藤真宏
  • 学会等名: 第32回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 慶応大学（横浜市）
• [学会発表] 周波数領域THERMOREFLECTANCE法（ω法）の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤良三, 徐一斌, 後藤真宏
  • 学会等名: 32回日本熱物性シンポジウム
  • 発表場所: 慶応大学（横浜市）
• [学会発表] 反応性スパッタ法で作製したZnO薄膜の熱伝導率評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌, 加藤良三, 後藤真宏
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター（宜野湾市）
• [図書] 失敗しない熱設計の進め方と放熱部料の選定・活用技術、測定・評価,第5章第2節複合材料熱伝導率の予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 失敗しない熱設計の進め方と放熱部料の選定・活用技術、測定・評価, 第5章 第2節 複合材料熱伝導率の予測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 徐一斌
  • 総ページ数: 388
  • 出版者: 技術情報協会