素子小型化を目指したナノ熱電性能サイズ・結晶方位依存性の解明

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15382
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分28020:ナノ構造物理関連
• 研究機関: 芝浦工業大学
• 研究代表者: 張 暁賓 芝浦工業大学, SIT総合研究所, 准教授 (40647111)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 透過型電子顕微鏡その場計測法 / 熱電性能 / ポイントコンタクト / サイズ依存性 / 結晶方位 / TEM試料ホルダー開発

研究成果の概要

本研究では、熱電材料と電極の間にポイントコンタクトを形成して、構造観察とI-V計測を同時に実現できる透過型電子顕微鏡（TEM）その場観察用試料ホルダーを開発した。薄片にした熱電材料をホルダーに載せて室温から約200℃まで加熱でき、温度勾配による局所的な熱起電力を測定できる。原子スケールから100 nm程度のポイントコンタクトで接触するため、試料と電極の間に熱リークはほぼ無視でき、I-V計測から材料のサイズや結晶方位による熱電性能の違いを明らかにすることができる。この研究は高い熱電性能を持つ材料の開発、熱やフォノンを利用したナノスイッチング素子の開発などにつながる。

自由記述の分野

透過型電子顕微鏡学

研究成果の学術的意義や社会的意義

小型の走査型熱電顕微鏡を組み込んだTEM試料ホルダーを設計・作製することで、試料と探針の形状や位置関係や得られたポイントコンタクトのサイズなどを把握しながら、熱電性能を計測することができた。本研究は、より正確に熱電性能のサイズおよび結晶方位の依存性について明らかにしようとしている点に学術的な意義があり、独創性がある。そして、熱電性能に影響を与える要素のメカニズムを解明することでより高い性能を持つ材料の開発やその他の応用に繋ぐ。