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窒化物超格子フォノニック結晶による室温熱輸送制御

研究課題

研究課題/領域番号 23K26054
補助金の研究課題番号 23H01359 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分19020:熱工学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

SANG Liwen  国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, 主幹研究員 (90598038)

研究分担者 角谷 正友  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (20293607)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2026年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2025年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2024年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード熱輸送 / GaN / superlattices / thermal dissipation / thermal management / phonon
研究開始時の研究の概要

The control of the heat conduction through manipulation of phonons has not been exploited in the wide-band gap semiconductors. The purpose of this research is to achieve the effective thermal dissipation in GaN high-power and RF devices by using superlattices phononic crystals.

研究実績の概要

The thermal phonon transportation in superlattices has been investigated. Using metal organic chemical vapor deposition, high-quality InGaN/GaN superlattices, AlGaN/GaN superlattices are prepared. The interface is very sharp into nanometer level by transmission electron microscopy. By changing period thickness in superlattics, the crossover from incoherent to coherent phonon transport were determined. It is found that, when the period thickness is lower than phonon mean free path, coherent phonon transport was achieved. The thickness is also influenced by the quality, such as dislocations in superlattices. At the high-density interface, the coherence starts to be disturbed due to larger strain and degraded interface morphology. Moreover, highly orientated polycrystalline diamond film was deposited on GaN template by micro-plasma chemical vapor deposition.The diamond film has a thermal conductivity approaching 250W/mK when the thickness is ~1 um, belonging to the high level for polycrystalline diamond film. The optimized superlattices were introduced as interlayer between GaN and diamond as the thermal dissipation solution. The thermal boundary resistance was achieved as low as 4m2K/GW, which is much lower than those with SiNx of AlN interlayers.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

The crossover from incoherent to coherent transport in GaN-based superlattices was determined. This will be helpful for the future device design.

今後の研究の推進方策

We will further optimize the interface of superlattices by MOCVD, to reduce the interface defects in InAlN/GaN and AlGaN/AlN superlattices. The measurement and analysis of the thermal property across interface will be necessary. Furthermore, theoretical calculation on phonon transport is also important

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [雑誌論文] Well-matched vibrations cool electronic hot spots2024

    • 著者名/発表者名
      Sang Liwen
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 627 号: 8005 ページ: 743-744

    • DOI

      10.1038/d41586-024-00529-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] High‐pressure MOCVD growth of InGaN thick films toward the photovoltaic applications2023

    • 著者名/発表者名
      Sang Liwen、Liao Meiyong、Sumiya Masatomo、Yang Xuelin、Shen Bo
    • 雑誌名

      Fundamental Research

      巻: 3 号: 3 ページ: 403-408

    • DOI

      10.1016/j.fmre.2021.11.024

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] High Responsivity of Zero-Power-Consumption Ultraviolet Photodetector Using 2D-MoS2/i-GaN Vertical Heterojunction2023

    • 著者名/発表者名
      Veeralingam Sushmitha、Sang Liwen、Pang Hong、Ma Renzhi、Badhulika Sushmee
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 10 号: 12 ページ: 4408-4416

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.3c01250

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Self-Temperature-Compensated GaN MEMS Resonators through Strain Engineering2023

    • 著者名/発表者名
      Liwen Sang
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Nanoenergy and Nanosystems
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] The 6th International Conference on Nanoenergy and Nanosystems2023

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 第84回応用物理学会参加費2023

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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