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2011 年度 実績報告書

量子構造によるシリコン熱電変換特性の超高効率化と測定技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21360336
研究機関静岡大学

研究代表者

池田 浩也  静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (00262882)

研究分担者 石田 明広  静岡大学, 工学部, 教授 (70183738)
キーワード熱電変換材料 / シリコンナノ構造 / ゼーベック係数 / SOI基板 / KFM(表面電位顕微鏡)
研究概要

本研究は,ナノ構造の導入によりシリコン系熱電変換材料の性能指数を向上するとともに,ナノスケール材料を評価するための新しい手法の確立を目指している.本年度得られた主な成果を以下に示す.
(1)極薄SOI層におけるゼーベック係数のフェルミレベル依存性
不純物バンドの影響なしにフェルミレベルを制御するために,極薄SOI層表面に電極を形成して,外部電圧によりフェルミレベルを制御できる試料を作製した.外部電圧を印加した状態にてゼーベック係数を測定した結果,外部電圧の増加に伴ってシリコンのゼーベック係数が増加した.外部電圧印加時のシリコン中のキャリア分布をシミュレーションにより調べた結果,外部電圧に伴うゼーベック係数の増加の原因は,単純なキャリア濃度の変化だけでは説明できないことが明らかとなった.電子およびフォノンのバンド構造など,物性的要因が影響しているものと考え,現在も解析を進めている.
(2)KFM(表面電位顕微鏡)によるゼーベック係数測定
ナノ構造のための新しい評価技術を確立するために,温度差を与えたSOI基板の表面電位をKFMにより測定し,ゼーベック係数を評価した.測定条件の最適化により,以前より測定精度を15倍向上させ,測定時間を1/20に短縮させることに成功した.ただし,得られたゼーベック係数の値は,従来の手法の値に比べて2倍ほど大きかった.現在,この結果の原因究明を含めて,測定値の確からしさ・再現性の確認を行っている.

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (21件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Theoretical study on the stability of the single-electron-pump refrigerator with respect to thermal and dimensional fluctuations2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Faiz Salleh
    • 雑誌名

      IEICE Trans.Electron.

      巻: E95-C(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of Seebeck-coefficient measurement by Kelvin-probe force microscopy2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Kazutoshi Miwa, Faiz Salleh
    • 雑誌名

      AIP Conf.Proc.of 9th European Conference on Thermoelectrics

      巻: (印刷中)

  • [雑誌論文] 外部電圧によりフェルミエネルギー制御した極薄Siのゼーベック係数2012

    • 著者名/発表者名
      ファイズ・サレ, 三輪一聡, 池田浩也
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: ED2011-153, SDM2011-170 ページ: 65-69

  • [雑誌論文] Growth of homogeneous polycrystalline Si_<1-x>Ge_x and Mg_2Si_<1-x>Ge_x for ther moelectric application2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayakawa, M.Arivanandhan, Y.Saito, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, A.Tanaka, C.Wen, Y.Kubota T.Nakamura, S.Bhattacharya, D.K.Aswal, S.M.Babu, Y.Inatomi, H.Tatsuoka
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 519 ページ: 8532-8537

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2011.05.033

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of Si_<1-x>Ge_x bulk crystals with highly homogeneous composition for thermoelectric applications2011

    • 著者名/発表者名
      M.Arivanandhan, Y.Saito, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, A.Tanaka, T.Tatsuoka, D.K.Aswal, Y.Inatomi, Y.Hayakawa
    • 雑誌名

      J.Cryst.Growth

      巻: 318 ページ: 324-327

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2010.10.062

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A theoretical study of a novel single-electron refrigerator fabricated from semiconductor materials2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Faiz Salleh
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 50 ページ: 06GF20-1-4

    • DOI

      10.1143/JJAP.50.06GF20

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Seebeck coefficient of heavily P-doped Si calculated from an alteration in electronic density of states2011

    • 著者名/発表者名
      Faiz Salleh, Hiroya Ikeda
    • 雑誌名

      J.Electron.Mater.

      巻: 40 ページ: 903-906

    • DOI

      10.1007/s11664-010-1405-z

    • 査読あり
  • [学会発表] 単電子ポンプ冷却デバイスにおける熱輸送特性2012

    • 著者名/発表者名
      池田浩也, 三輪一聡, ファイズ・サレ
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      20120315-20120318
  • [学会発表] KFMを用いたゼーベック係数測定技術の構築2012

    • 著者名/発表者名
      三輪一聡, ファイズ・サレ, 池田浩也
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      20120315-20120318
  • [学会発表] In-situ Observation of Dissolution Process of Si into Ge Melt by X-ray Penetration Method2012

    • 著者名/発表者名
      M.Omprakash, M.Arivanandhan, H.Morii, T.Aoki, T.Koyama, Y.Momose, A.Tanaka, H.Ikeda, H.Tatsuokak, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.M.Babu, Y.Hayakawa
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京)
    • 年月日
      20120315-20120318
  • [学会発表] Growth of Homogeneous Si_<1-x>Ge_x and Mg_2Si_<1-x>Ge_x for Thermoelectric Application2012

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayakawa, M.Arivanandhan, M.Omprakash, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, A.Tanaka, H.Tatsuoka, A.Ishida, Y.Inatomi, D.K.Aswal, S.Bhattacharya, S.M.Babu
    • 学会等名
      International Conference on Recent Trend in Advanced Materials
    • 発表場所
      Vellore, India(招待講演)
    • 年月日
      20120220-20120222
  • [学会発表] 外部電圧によりフェルミエネルギー制御した極薄Siのゼーベック係数2012

    • 著者名/発表者名
      ファイズ・サレ, 三輪一聡, 池田浩也
    • 学会等名
      電子情報通信学会ED・SDM合同研究会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      20120207-20120208
  • [学会発表] Growth of Homogeneous Si_<1-x>Ge_x and Mg_2Si_<1-x>Ge_x for Thermoelectric Application2012

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayakawa, M.Arivanandhan, M.Omprakash, T.Koyama, Y.Momose, H.IKeda, A.Tanaka, H.Tatsuoka, A.Ishida, Y.Okano, Y.Inatomi, D.K.Aswal, S.Bhattacharya, D.Thangaraju, S.M.Babu
    • 学会等名
      Invited Seminar at Anna University
    • 発表場所
      Chennai, India(招待講演)
    • 年月日
      2012-02-23
  • [学会発表] Thermoelectric Nanomaterials with a Large Seebeck Coefficient for Infrared Photodetector2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Faiz Salleh
    • 学会等名
      13th Takayanagi Memorial Symposium
    • 発表場所
      静岡大学(浜松)
    • 年月日
      20111117-20111118
  • [学会発表] Seebeck Coefficient of Ultrathin Si Layer with Bias-controlled Fermi Energy2011

    • 著者名/発表者名
      Faiz Salleh, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      15th International Conference on Thin Films
    • 発表場所
      京都テルサ(京都)
    • 年月日
      20111108-20111111
  • [学会発表] Preparation and Thermoelectric Properties of Compositionally Homogeneous Mg_2Si_<1-x>Ge_x2011

    • 著者名/発表者名
      M.Arivanandhan, Y.Saito, T.Koyama,Y.Momose, A.Tanaka, H.Ikeda, H.Tatsuoka, A.Ishida, B.Shovit, D.K.Aswal, S.M.Babu, Y.Inatomi, Y.Hayakawa
    • 学会等名
      第41回結晶成長国内会議、NCCG-41
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば)
    • 年月日
      20111103-20111105
  • [学会発表] Seebeck Coefficient of SOI Layer with Bias-controlled Fermi Energy2011

    • 著者名/発表者名
      Faiz Salleh, Kazutoshi Miwa, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      Korean-Japanese Student Workshop
    • 発表場所
      静岡大学(浜松)
    • 年月日
      20111103-20111104
  • [学会発表] Thermal characteristics of a single-electron-pump refrigerator2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Kazutoshi, Miwa, Faiz Salleh
    • 学会等名
      2012 International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 発表場所
      京都全日空ホテル(京都)
    • 年月日
      20111025-20111027
  • [学会発表] Construction of Seebeck-Coefficient Measurement by Kelvin-Probe Force Microscopy2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Kazutoshi, Miwa, Faiz Salleh
    • 学会等名
      9th European Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Tessaloniki, Greece
    • 年月日
      20110928-20110930
  • [学会発表] Improvement in Measurement System of Seebeck Coefficient by KFM2011

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi, Miwa, Faiz Salleh, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      10th International Conference on Global Research and Education (InterAcademia 2011)
    • 発表場所
      Sucevita, Romania
    • 年月日
      20110926-20110929
  • [学会発表] Variation of SOI Seebeck Coefficient by Applying External Bias2011

    • 著者名/発表者名
      Faiz Salleh, Kazutoshi, Miwa, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      10th International Conference on Global Research and Education (InterAcademia 2011)
    • 発表場所
      Sucevita, Romania
    • 年月日
      20110926-20110929
  • [学会発表] 単電子ポンプ冷却デバイス特性の動作温度依存性2011

    • 著者名/発表者名
      池田浩也, 三輪一聡, ファイズ・サレ
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術演会
    • 発表場所
      山形大学(山形)
    • 年月日
      20110829-20110902
  • [学会発表] 外部電圧印加によるSOIのゼーベック係数制御2011

    • 著者名/発表者名
      ファイズ・サレ, 三輪一聡, 池田浩也
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術演会
    • 発表場所
      山形大学(山形)
    • 年月日
      20110829-20110902
  • [学会発表] Thermoelectric properties of compositionally homogeneous Si_<1-x>Ge_x and Mg_2Si_<1-x>Ge_x bulk crystals2011

    • 著者名/発表者名
      M.Arivanandhan, Y.Saito, T.Koyama, Y.Momose, A.Tanaka, H.Ikeda, T.Tatsuoka, A.Ishida, S.Battacharya, D.K.Aswal, S.Moorthy Babu, Y.Inatomi, Y.Hayakawa
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術演会
    • 発表場所
      山形大学(山形)
    • 年月日
      20110829-20110902
  • [学会発表] Construction of Seebeck-Coefficient Measurement Technique by KFM2011

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi, Miwa, Faiz Salleh, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      電子材料シンポジウム(EMS30)
    • 発表場所
      守山市
    • 年月日
      20110629-20110701
  • [学会発表] Seebeck Coefficient of SOI with Bias-Controlled Fermi Energy2011

    • 著者名/発表者名
      Faiz Salleh, Kazutoshi, Miwa, Hiroya Ikeda
    • 学会等名
      電子材料シンポジウム(EMS30)
    • 発表場所
      守山市
    • 年月日
      20110629-20110701
  • [学会発表] A novel refrigerator device using single-electron pump fabricated from semiconductor materials2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroya Ikeda, Faiz Salleh
    • 学会等名
      2011 Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semicondutor Devices
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      20110629-20110701
  • [学会発表] プローブ顕微鏡を用いた熱電変換特性の評価2011

    • 著者名/発表者名
      池田浩也
    • 学会等名
      日本表面科学会中部支部研究会
    • 発表場所
      静岡大学(浜松)(招待講演)
    • 年月日
      2011-11-25
  • [備考]

    • URL

      http://serversman.net/ikedalab/

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公開日: 2013-06-26  

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