| 研究概要 |
・超高効率熱電変換デバイス作製のため,本年度はフォノン(格子振動)による熱伝導を低減するナノ微細構造について調べた.ナノ微細構造におけるフォノン輸送をボルツマン方程式を数値的に解くことにより調べ,熱伝導率低減効果について定性的な結果を得ることができた.その結果,100nm程度の孔を周期的に並べることで,孔のない場合と比較して,熱伝導率を半分程度にまで低減できることが見積もられた.さらに孔の配置は,格子上に並べるよりも千鳥配置にするほうが,孔の界面でフォノンを反射できるため,圧倒的に熱伝導率を低減できることを求めた.フォノン輸送モデルの妥当性を検討するため,Si結晶にナノサイズの孔を配置し,熱伝導率を計算したところ,フォノン輸送数値解析と同様に熱伝導率の著しい低減を確認することができた.
・作製するデバイスの熱伝導率を測定するため,3ω法と呼ばれる交流周期加熱による熱伝導率計測を試みた.熱伝導率が既知である材質に対して予備実験を行い,熱伝導率の低いポリマー,ガラスに関しては熱伝導率を測定でき,3ω法のノウハウを蓄積することができた.熱伝導率の低減メカニズムを実験から明らかにするため,液体窒素温度から常温まで温度制御が可能な真空装置の作製を行った.今後はこの装置を用いてナノ構造をもつデバイスの熱伝導率を計測する予定である.
・熱電変換デバイスの作製のため,常温で最高効率を示す熱電半導体Bi_2Te_3の薄膜生成を進めている.p型の薄膜の生成は既に多くが報告されているため,本研究ではn型薄膜の生成を試みた.薄膜生成法として,化合物半導体薄膜で成功例の多い,フラッシュ蒸着法を選択した.単結晶Bi_2Te_3と比較するとまだまだ低い性能であるものの,およそ-50μV/K程度の熱起電力を得ることができた.今後は薄膜生成時の基板温度を上昇させるなどして,薄膜性能の向上に努める予定である.
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