2023 年度研究成果報告書

2次元-3次元構造転移の電界制御による熱スイッチ素子の開発

研究課題

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研究課題/領域番号	22K18881
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分26:材料工学およびその関連分野
研究機関	東京工業大学
研究代表者	片瀬貴義東京工業大学, 元素戦略MDX研究センター, 准教授 (90648388)
研究期間 (年度)	2022-06-30 – 2024-03-31
キーワード	熱伝導率 / 薄膜トランジスタ / 構造転移
研究成果の概要	本研究では、非平衡(Pb1-xSnx)Se固溶体のエピタキシャル薄膜を用いて、2次元－3次元（2D-3D)構造転移の電界制御を実現することで、巨大な電気伝導度と格子熱伝導度の変化を利用した熱伝導率スイッチング素子を開発することに挑戦した。(Pb1-xSnx)Seエピタキシャル薄膜（x = 0.43-0.58）を作製し、Sn濃度xによる相転移温度制御と可逆的な2D－3D構造転移による約7桁の巨大な抵抗変化を実現した。(Pb1-xSnx)Se薄膜を活性層に用いた電気二重層トランジスタを作製し、電場印加による2D－3D構造転移の可逆制御と2桁以上のシート抵抗変調に成功した。
自由記述の分野	材料科学
研究成果の学術的意義や社会的意義	膨大な未利用熱の効果的な削減・有効利用に向けて、外場により固体の熱伝導率を大きく制御可能なデバイスの開発が求められている。本研究では、当研究グループ独自の「2次元(2D)－3次元(3D)構造転移材料(Pb1-xSnx)Se」のエピタキシャル薄膜を用いて、電場印加による結晶構造の次元性と電気抵抗の可逆制御が可能なデバイスを実証した。開発したデバイスを応用することで熱伝導率を大きく制御可能な熱スイッチ素子の実現に繋がると期待できる。