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三次元ナノ構造を用いた電子・フォノンコヒーレンス操作による電気・熱伝導の独立制御

研究課題

研究課題/領域番号 25600016
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ナノ構造物理
研究機関大阪大学

研究代表者

中村 芳明  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60345105)

連携研究者 吉川 純  物質・材料研究機構, 先端的共通技術部門, 主任研究員 (20435754)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード熱電ナノ材料 / 半導体 / 分子線エピタキシー / 熱伝導 / ナノドット / 熱電変換材料 / シリコン系材料 / MBE / ユビキタス元素
研究成果の概要

本研究では、Si層をキャリア波動伝搬パス、ナノドットを波長フィルタとして機能させることで電気と熱の伝導率の独立制御を狙った。極薄Si酸化膜を用いた独自のナノドット形成技術を使用することで、結晶方位を揃えたGeナノドットを導入したSi薄膜構造の形成を行った。その結果、少ないGe含有量で、従来のSiGe混晶材料より、熱伝導率を低減することに成功した。また、その熱伝導率低減効果は、ナノドットのサイズに依存することを見出した。これは、電気伝導層のSi層に無関係で、Geナノドットが熱伝導率を支配的に決定していることを意味しており、電気と熱の独立制御につながるものである。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 6件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of Si thermoelectric nanomaterials containing ultrasmall epitaxial Ge nanodots with an ultrahigh density2015

    • 著者名/発表者名
      Shuto Yamasaka, Yoshiaki Nakamura, Tmohiro Ueda, Shotaro Takeuchi, Yuta Yamamoto, Shigeo, Arai, Takayoshi Tanji, Nobuo Tanaka and Akira Sakai
    • 雑誌名

      J. Electron. Mater.

      巻: 未定 号: 6 ページ: 2015-2020

    • DOI

      10.1007/s11664-015-3643-6

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous reduction of thermal conductivity in coherent nanocrystal architecture for silicon thermoelectric materia2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura, Masayuki Isogawa, Tomohiro Ueda, Shuto Yamasaka, Hideki Matsui, Jun Kikkawa, Satoaki Ikeuchi, Takafumi Oyake, Takuma Hori, Junichiro Shiomi, Akira Sakai
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 未定 ページ: 845-851

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2014.11.029

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation and optical properties of Ge films grown on Si(111) substrates using nanocontact epitaxy2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Tanaka, Yoshiaki Nakamura, Shuto Yamasaka, Jun Kikkawa,Takenobu Sakai, Akira Sakai
    • 雑誌名

      Appl. Surf. Sci.

      巻: 325 ページ: 170-174

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2014.11.033

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] elf-assembly of Ge clusters on highly oriented pyrolytic graphite surfaces2014

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Shimonaka, Yoshiaki Nakamura, Jun Kikkawa, and Akira Saka
    • 雑誌名

      Sur. Sci.

      巻: 628 ページ: 82-85

    • DOI

      10.1016/j.susc.2014.05.018

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of epitaxial growth of Fe-based nanocrystals on Si substrates using well-controlled nanometer-sized interface2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura, Ryota Sugimoto, Takafumi Ishibe, Hideki Matsui, Jun Kikkawa, and Akira Sakai
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 115 号: 4

    • DOI

      10.1063/1.4862642

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Luminescence properties of Si-capped b-FeSi2 nanodots epitaxially grown on Si(001) and (111) substrates2014

    • 著者名/発表者名
      Shogo Amari, Yoshiaki Nakamura, and Masakazu Ichikawa
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 115 号: 8

    • DOI

      10.1063/1.4867037

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of Ge films on Si(001) substrates grown by nanocontact epitaxy2013

    • 著者名/発表者名
      Wataru Ikeda, Yoshiaki Nakamura, Shogo Okamoto, Shotaro Takeuchi, Jun Kikkawa, Masakazu Ichikawa, and Akira Sakai
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys. 52 095503 (2013).

      巻: 52 号: 9R ページ: 095503-095503

    • DOI

      10.7567/jjap.52.095503

    • NAID

      40019796373

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of nanometer-sized interface on reaction of iron nanocrystals epitaxially grown on silicon substrates with oxygen gas2013

    • 著者名/発表者名
      Hironobu Hamanaka, Yoshiaki Nakamura, Takafumi Ishibe, Jun Kikkawa, and Akira Sakai
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys.

      巻: 114 号: 11

    • DOI

      10.1063/1.4821770

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Si中エピタキシャルGeナノドットを用いた熱抵抗制御2015

    • 著者名/発表者名
      山阪 司祐、中村 芳明、上田 智広、竹内 正太郎、酒井 朗
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 鉄シリサイド核/Siを用いた鉄酸化物のエピタキシャル成長2015

    • 著者名/発表者名
      松井 秀紀、中村 芳明、中本 悠太、竹内 正太郎、酒井 朗
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 極薄Si酸化膜技術を用いたSi系熱電ナノ材料の開発2015

    • 著者名/発表者名
      中村芳明
    • 学会等名
      電子情報通信学会研究会 (SDM、ED)「機能ナノデバイスおよび関連技術」
    • 発表場所
      北海道
    • 年月日
      2015-02-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial Growth and Thermoelectric Properties of Stacking Structures of Iron Silicide Nanodots/Si2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura, Masayuki Isogawa, Shuto Yamasaka, Shinya Tsurusaki, Shotaro Takeuchi, Akira Sakai
    • 学会等名
      Material research society Fall meeting 2014
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2014-12-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Epitaxial Growth of Nanodots on Si Substrates with Controlled Interfaces and Their Application to Electronics and Thermoelectronics2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura and Akira Sakai
    • 学会等名
      Electrochemical Society 226th meeting
    • 発表場所
      Cancun Mexico
    • 年月日
      2014-10-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エピタキシャルGeナノドットを有するSi熱 電薄膜の形成とその熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      山阪司 祐人、中村芳明、上田 智広、竹内 正太郎、酒井 朗
    • 学会等名
      第11回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      独立行政法人物質・材料研究機構 千現地区管理棟
    • 年月日
      2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャル鉄シリサイドナノドット積層構造の熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      山阪司祐人,中村芳明,鶴崎晋也,竹内正太郎,酒井朗
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Si基板上エピタキシャルFe3O4-δナノドットの抵抗変化特性とそのアニール処理依存性2014

    • 著者名/発表者名
      松井秀紀,中村芳明,竹内正太郎,酒井朗
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-14 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Stacking structures of epitaxial Si nanodots and their thermal conductivity2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura, Masayuki Isogawa, Tomohiro Ueda, Jun Kikkawa, and Akira Sakai
    • 学会等名
      ICT2014
    • 発表場所
      Nashville, Tennessee
    • 年月日
      2014-07-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Thermal and electrical properties of Si films including epitaxial Ge nanodot phonon-scatterers2014

    • 著者名/発表者名
      S. Yamasaka, Y. Nakamura, T. Ueda, S. Takeuchi, and A. Sakai
    • 学会等名
      ICT2014
    • 発表場所
      Nashville, Tennessee
    • 年月日
      2014-07-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャルSiナノドットを用いた熱伝導率の低減と熱電材料への応用2014

    • 著者名/発表者名
      中村芳明
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      2014-05-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] エピタキシャルGeナノドットを有するSi熱電薄膜の電気特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      山阪司祐人,中村芳明,上田智広,竹内正太郎,酒井明
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川 青山学院
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] エピタキシャルSiナノドット積層構造へのドーピング技術開発とその熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      上田智広,中村芳明,竹内正太郎,酒井朗
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川 青山学院
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 極薄Si酸化膜技術を用いてエピタキシャル成長したSi基板上Fe3O4ナノドットの抵抗スイッチング特性2014

    • 著者名/発表者名
      松井秀紀,中村芳明,竹内正太郎,酒井朗
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川 青山学院
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Anomalous reduction of thermal couductivity of stacked epitaxial Si nanodot structures2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Nakamura and Akira Sakai
    • 学会等名
      1st KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
    • 発表場所
      Osaka Senri Life Science Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction of Ultrahigh Density Ge Nanodots into Si Films for Si Based Thermoelectric Materials2014

    • 著者名/発表者名
      Shuto Yamasaka, Yoshiaki Nakamura, Tomohiro, Ueda, Shotaro Takeuchi, and Akira Sakai
    • 学会等名
      1st KANSAI Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
    • 発表場所
      Osaka Senri Life Science Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Si中エピタキシャルGeナノドット散乱体の熱伝導率低減効果2013

    • 著者名/発表者名
      山阪司祐人,中村芳明,上田智広,竹内正太郎,酒井朗
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      京都府 同志社大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] エピタキシャルSiナノドット積層構造の形成とその熱伝導率2013

    • 著者名/発表者名
      中村芳明,五十川雅之,上田智広,山阪司祐人,吉川純,池内賢朗,酒井朗
    • 学会等名
      第十回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋市 名古屋大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] ナノドットを用いたSi系熱電材料の開発2013

    • 著者名/発表者名
      中村芳明
    • 学会等名
      CREST・さきがけ元素戦略領域合同 第1回公開シンポウジム
    • 発表場所
      東京都 東京国際フォーラム
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノドットを用いたSi熱電材料の開発2013

    • 著者名/発表者名
      中村芳明
    • 学会等名
      第22回シリサイド系半導体研究会
    • 発表場所
      京都 京都大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Formation of ultrahigh density Fe-based nanodots on Si substrates by controlling Ge nuclei on ultrathin SiO2 film2013

    • 著者名/発表者名
      R. Sugimoto, Y. Nakamura, H. Matsui, J. Kikkawa and A. Sakai
    • 学会等名
      ACSIN-12 & ICSPM21
    • 発表場所
      Tsukuba Tsukuba International Congress Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Reduction effect of thermal conductivity by introduction of epitaxial Ge nanodots in Si2013

    • 著者名/発表者名
      Shuto Yamasaka, Yoshiaki Nakamura, Tomohiro Ueda, Shotaro Takeuchi, Akira Sakai
    • 学会等名
      ACSIN-12 & ICSPM21
    • 発表場所
      Tsukuba Tsukuba International Congress Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Epitaxial growth of iron oxide nanodots on Si substrate and their electronic states2013

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ishibe, Yoshiaki Nakamura, Hideki Matsui, Shotaro Takeuchi, and Akira Sakai1
    • 学会等名
      ACSIN-12 & ICSPM21
    • 発表場所
      Tsukuba Tsukuba International Congress Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Epitaxial growth of stacked -FeSi2 nanodots on Si substrates and their thermoelectric properties2013

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Isogawa, Yoshiaki Nakamura, Jun Kikkawa, Shotaro Takeuchi and Akira Sakai
    • 学会等名
      APAC-Silicide 2013
    • 発表場所
      Tsukuba Tsukuba University
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Introduction of Ge nanodots in Si films as phonon scatterers and the thermal conductivity reduction2013

    • 著者名/発表者名
      Shuto Yamasaka, Yoshiaki Nakamura, Tomohiro Ueda, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, S. Arai, T. Tanji, N. Tanaka, and A. Sakai
    • 学会等名
      The 32nd International Converence on Thermoelectrics (ICT2013)
    • 発表場所
      Kobe Kobe International Conference Center
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [図書] シリサイド系半導体ナノ構造 (3.7節),シリサイド系半導体の科学と技術―資源・環境時代の新しい半導体と関連物質―2014

    • 著者名/発表者名
      中村芳明
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      裳華房
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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