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

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560828
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 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)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: ナノ加工 / ナノワイヤー / ホール測定

研究概要

高圧圧入法を用いて長さ1mm以上の単結晶Biナノワイヤー熱電変換素子の開発を行った。収束イオンビームのナノ加工とその場電極形成により、ワイヤー直径４μｍ，700nmのワイヤー両側面に局所電極の形成に成功した。これによって、４端子抵抗測定ならびにホール測定を行うことが出来た。抵抗測定から、ナノワイヤーの抵抗が数ｋΩであったとしても、電極とワイヤー間との接触抵抗が無視できないことが明らかになった。ホール測定から、電子・ホールの各移動度の温度依存性を実験的に明らかにした。その結果、低温領域での抵抗率の上昇は、キャリアの平均自由行程の制限によるものであると結論づけられた。

研究成果

• [雑誌論文] Focused ion beam processing to fabricate ohmic contact electrodes on a bismuth nanowire for Hall measurement (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Yasuhiro Hasegawa
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters
• [雑誌論文] Shubnikov-de Haas oscillations in individual single-crystal bismuth nanowires encased in quartz template (2013)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Tsunemi, Masayuki Murata, Yusuke Saito, Katsuhito Shirota, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol. 6, 045002
• [雑誌論文] Dependence of Temperature coefficient of electric resistivity on individual and single-crystal bismuth nanowire (2013)
  • 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: Vol. 42 ページ: 2143-2150
• [雑誌論文] Thermal conductivity of an individual bismuth nanowire covered with a quartz template using a 3-omega technique (2013)
  • 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] Preparation of 4. bismuth nanowire encased in quartz template for Hall measurements using focused ion beam processing (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine and Tomohiro Kobayashi
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters
• [雑誌論文] Four-Wire Resistance Measurements of a Bismuth Nanowire Encased in a Quartz Template Utilizing Focused Ion Beam Processing (2012)
  • 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
• [学会発表] 熱電対からの熱流出に伴うゼーベック係数測定の誤差評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本間亮英,村田正行,寺門宏樹,長谷川靖洋,小峰啓史
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] 引き伸ばし法を用いて作製したBiワイヤーの熱電特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 寺門宏樹,村田正行,本間亮英,長谷川靖洋,小峰啓史,山嵜正明,寺嶋徹
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] Biナノワイヤーの結晶方向が輸送特性に及ぼす影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内田仁志,青天目悠太,小峰啓史,青野友祐,村田正行,長谷川靖洋
  • 学会等名: 第61回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] 直径400 nm級Biナノワイヤーのゼーベック係数とキャリア移動度 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村田正行,長谷川靖洋,小峰啓史
  • 学会等名: 第10回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2013-09-08
• [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 (2013)
  • 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
  • 年月日: 2013-03-27
• [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 (2013)
  • 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
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] A process for thermal conductivity measurement of an individual bismuth nanowire in quartz template (2012)
  • 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 nanowires (2012)
  • 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 nanowire (2012)
  • 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] 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 (2012)
  • 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
  • 年月日: 2012-11-09
• [学会発表] 熱電変換の紹介とその応用について (2012)
  • 著者名/発表者名: 長谷川靖洋
  • 学会等名: 第16回首都圏北部4大学新技術説明会
  • 年月日: 2012-10-12
• [学会発表] ナノワイヤー熱電変換素子の開発と動向(熱電ナノテクロノジーの最前線) (2012)
  • 著者名/発表者名: 長谷川靖洋
  • 学会等名: 第14回熱・電気エネルギー技術シンポジウム((財)熱・電気エネルギー技術財団主催)
  • 発表場所: 東京イイノイホール
  • 年月日: 2012-10-04
• [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 (2012)
  • 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
  • 年月日: 2012-08-27
• [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 (2012)
  • 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
  • 年月日: 2012-08-27
• [学会発表] 石英ガラス中のBiナノワイヤー上へのホール測定用局所電極の形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村田正行,山本浩也,常見文昭,長谷川靖洋,小峰啓史
  • 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
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] Four- wire resistance measurements on bismuth nanowire encased in quartz template utilizing focused ion beam processing (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Murata, Daiki Nakamura, Hiroya Yamamoto, Fumiaki Tsunemi, Yasuhiro Hasegawa, Takashi Komine
  • 学会等名: 30th International Conference on Thermoelectrics
  • 発表場所: 米国・ミシガン州トラバーシティー
  • 年月日: 20110717-21
• [学会発表] 単結晶ビスマスナノワイヤーのShubnikov-de Haas振動 (2011)
  • 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: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] ビスマスナノワイヤーの量子化磁場下での熱電特性の理論計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山尚美,遠藤彰,藤田和博,長谷川靖洋,羽田野直道,中村浩章,白崎良演,米満賢治
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 集束イオンビーム加工を利用したBiナノワイヤー熱電変換素子の4端子測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村田正行、山本浩也、常見文昭、長谷川靖洋、小峰啓史
  • 学会等名: 第八回日本熱電学会学術講演会
  • 発表場所: 北大
  • 年月日: 2011-08-09
• [備考]
  • URL: http://www.env.gse.saitama-u.ac.jp/hasegawa/
• [産業財産権] 熱電変換素子の電極形成法 (2013)
  • 発明者名: 長谷川靖洋
  • 権利者名: 埼玉大学
  • 産業財産権種類: 特願
  • 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
  • 産業財産権種類: 特願
  • 産業財産権番号: 2013-019839
  • 出願年月日: 2013-02-04