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本研究では、ヒータ/温度計組込み型機械的破断接合（MCBJ）を用いてサイズ可変ビスマス1次元ナノワイヤーを作製する手法を構築し、これを用いてビスマス接合を機械的に徐々に狭窄させながら同時に熱電特性測定を実施することで、サブマイクロメートルからサブナノメートルの領域においてビスマスナノワイヤーの熱電特性に発現する量子サイズ効果を明らかにすることを目的とした。そのために、まずビスマスナノワイヤーのサイズ制御用自動プログラム並びに熱電特性計測用の測定系の立ち上げを行った。そして、従来のナノ加工プロセスを用いてビスマスナノ接合を作製した。その際、低融点なビスマスに最適な高周波スパッタによる成膜条件を検討した。その結果、ビスマスナノ接合を作製することはできたものの、ポリイミド層の酸素プラズマエッチングプロセス時において接合表面が著しく劣化してしまい、接合が破断することが分かった。そこで、ビスマス成膜時に、プラズマエッチングに対する保護層として白金層を下地及び表面上にスパッタ成膜した。これにより、酸素プラズマ処理後においても、フリースタンディングなビスマス接合構造を損傷なく残すことができた。そして、自動測定プログラムを用いて白金保護層を有するビスマス接合の電気伝導度測定を行った結果、室温真空下においてビスマス接合が数百ナノメートルサイズから破断に至るまでの狭窄過程において、その電気伝導度が階段状に変化する傾向が観察された。このステップ状の電気伝導度変化は、引っ張り応力の付加に伴いビスマス原子サイズ接合の原子配列が変化したことに起因するものであると考えられる。以上のように、ビスマスMCBJ素子の作製及び熱電特性測定法の創成に成功した。同手法は、今後の低次元熱電材料開発にとって有用なツールとして応用されることが期待できる。
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