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2012 年度 実施状況報告書

収束イオンビームを用いたナノワイヤー熱電変換素子へのナノ電極形成・輸送特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23560828
研究機関埼玉大学

研究代表者

長谷川 靖洋  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (60334158)

研究分担者 小峰 啓史  茨城大学, 工学部, 准教授 (90361287)
キーワードナノワイヤー / 熱電変換 / ナノ加工
研究概要

申請者が作製しているナノワイヤー熱電変換素子は、素子全体が石英ガラスで覆われており1)FIBからのGaイオンビームが直接Biナノワイヤーに照射されず,2)ワイヤー表面の酸化膜の影響を無視できる。そこでFIBを利用してナノワイヤー側部にナノ加工を行い、従来不可能であったナノワイヤー側面へ局所的な電極を取り付けることが該当年度の目標であった。
基本的に石英ガラス中に埋め込まれた形をとるナノワイヤー熱電変換素子に電極を取り付けるためには、ミリスケールの石英部分を除去し、さらにナノスケールでBi上へ加工が必要である。FIBによるGaイオンビームをBi上に照射すると昇華することが知られており、プロセスの開発は困難であることが予想されたものの、石英ガラスをバリア層として利用する手法をとり、局所的に石英ガラスを取り除き、その部分に電子ビームデポジションによる方法でカーボンもしくはタングステン電極の取り付けに成功した。この手法を用いて、直径4μmのBiワイヤーを使ってホール測定を行うことに初めて成功した。直径がまだマイクロサイズであるために、常温付近で評価された移動度についてはバルク素子と同様であったものの、測定が問題なく行えていることの証明にもなった。その結果を受け、直径521nmのナノワイヤー熱電変換素子を用いて、4端子測定電極の作製を行った。ワイヤー直径が小さくなると、素子自体の持つ抵抗が数kΩになるため、2端子法でも測定が問題ないと予想されていたものの、4端子法との比較によって、接触抵抗が無視できないことが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

直径4μmのマイクロワイヤーではあるものの、その場電極形成やホール測定に成功しており、同様のその場電極形成は直径521nmのナノワイヤー熱電変換素子にも適応済みである。その場電極形成中に問題点が明らかになっているが、それは使用している装置の特性であり、他の装置を利用することによって問題を解決することも明らかになっている。

今後の研究の推進方策

今年度はナノワイヤーを用いたホール測定を行っていく予定である。昨年度はナノワイヤー上への局所電極形成にカーボン電極を用いていたが、アモルファス上であることから接触抵抗が極めて大きく問題であった。このため、局所電極形成にタングステンを用いて、接触抵抗を減らすことを計画している。既に何本かのナノワイヤーで接触抵抗が2桁程度減少可能であることが明らかになっている。また、ワイヤー直径が小さくなると得られるホール電圧が少ないことから、電流と磁場の変調を用いてホール電圧をS/N良く得るための準備を進めている。

次年度の研究費の使用計画

どうしてもナノ加工に時間と予算が取られてしまうことになる。研究中で使用している収束イオンビームは物資材料研究機構ならびに東京大学のものを利用しており、装置利用料として多く予算を確保したいと考えている。
またホール測定用のロックインアンプを購入することを想定して、平成24年度の予算の大部分を持ち越した経緯がある。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Thermal conductivity of an individual bismuth nanowire covered with a quartz template using a 3-omega technique2013

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hasegawa, Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Yusuke Saito, Katsuhito Shirota, Takashi Komine, Chris Dames, Javier E. Garay
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: Vol. 42 ページ: 2048-2055

  • [雑誌論文] Shubnikov-de Haas oscillations in individual single-crystal bismuth nanowires encased in quartz template2013

    • 著者名/発表者名
      Fumiaki Tsunemi, Masayuki Murata, Yusuke Saito, Katsuhito Shirota, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine
    • 雑誌名

      Applied Physics Expres

      巻: 6 ページ: 045002

    • DOI

      10.7567/APEX.6.045002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dependence of Temperature coefficient of electric resistivity on individual and single-crystal bismuth nanowire2013

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Yusuke Saito, Katsuhito Shirota, Keisuke Fujiwara,Yasuhiro Hasegawa,Takashi Komine
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 42 ページ: 2143-2150

    • DOI

      10.1007/s11664-013-2552-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Four-Wire Resistance Measurements of a Bismuth Nanowire Encased in a Quartz Template Utilizing Focused Ion Beam Processing2012

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Murata, Hiroya Yamamoto, Fumiaki Tsunemi, Yasuhiro Hasegawa and Takashi Komine
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: Vol. 41 ページ: 1442-1449

  • [雑誌論文] Preparation of bismuth nanowire encased in quartz template for Hall measurements using focused ion beam processing2012

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Murata, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine and Tomohiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Nanoscale Research Letters

      巻: 7 ページ: 505

    • DOI

      10.1186/1556-276X-7-505

    • 査読あり
  • [学会発表] A process for thermal conductivity measurement of an individual bismuth nanowire in quartz template2012

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Hasegawa, Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Takashi Komine, Chris Dames, Javier E. Garay
    • 学会等名
      31th International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      デンマーク・オーボルー
    • 年月日
      20120708-12
  • [学会発表] Dependence of temperature coefficient of resistivity on individual and single-crystal bismuth nanowires2012

    • 著者名/発表者名
      Masayuki Murata, Fumiaki Tsunemi, Yasuhiro Hasegawa and Takashi Komine
    • 学会等名
      31th International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      デンマーク・オーボルー
    • 年月日
      20120708-12
  • [学会発表] Numerical analysis of boundary scattering effect on transport properties in a Bi-Sb nanowire2012

    • 著者名/発表者名
      Yuta Nabatame, Tsuyoshi Matsumoto, Yuki Ichige, Takashi Komine, Ryuji Sugita, Masayuki Murata, Yasuhiro Hasegawa
    • 学会等名
      31th International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      デンマーク・オーボルー
    • 年月日
      20120708-12
  • [学会発表] Biナノワイヤー上へのホール測定用局所電極の作製と評価

    • 著者名/発表者名
      村田正行,常見文昭,齋藤佑介,代田雄人,藤原啓資,長谷川靖洋,小峰啓史
    • 学会等名
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
  • [学会発表] 石英テンプレート中のBiナノワイヤー熱伝導率測定法の開発

    • 著者名/発表者名
      長谷川靖洋,常見文昭,村田正行,齋藤佑介,代田雄人,小峰啓史,Dames Chris
    • 学会等名
      第60回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
  • [学会発表] 石英ガラス封入単結晶Biナノワイヤ熱電変換素子の開発動向

    • 著者名/発表者名
      長谷川靖洋
    • 学会等名
      ナノワイヤ研究グループ第1回研究会(応用物理学会ナノワイヤ研究グループ主催)
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 招待講演
  • [学会発表] Biナノワイヤー熱電変換素子の抵抗率の温度依存性

    • 著者名/発表者名
      村田正行,常見文昭,長谷川靖洋,小峰啓史
    • 学会等名
      第9回熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東工大
  • [学会発表] Biナノワイヤー熱電変換素子のShubnikov-de Hass振動測定

    • 著者名/発表者名
      常見文昭,村田正行,長谷川靖洋,小峰啓史,遠藤彰
    • 学会等名
      第9回熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東工大
  • [備考] 長谷川靖洋のホームページ

    • URL

      http://www.env.gse.saitama-u.ac.jp/hasegawa/index-j.html

  • [産業財産権] 熱電変換素子の電極形成方法2013

    • 発明者名
      長谷川靖洋
    • 権利者名
      埼玉大学長
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-019838
    • 出願年月日
      2013-02-04
  • [産業財産権] 熱電変換モジュール2013

    • 発明者名
      長谷川靖洋,村田正行
    • 権利者名
      埼玉大学長
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-019839
    • 出願年月日
      2013-02-04

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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