2021 Fiscal Year Research-status Report
温度可変ラマン分光法によるSiGe混晶の微視的な熱伝導機構解明に関する研究
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21K14201
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
横川 凌 明治大学, 理工学部, 助教 (10880619)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ラマン分光法 / シリコンゲルマニウム / フォノン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンゲルマニウム(SiGe)混晶の微小領域における温度測定を確立すべく、高エネルギー(ラマンシフト)分解能を有する顕微ラマン分光装置を用い、SiGeラマンスペクトルの温度可変測定を実施することで、ラマンシフトと温度の関係を導出した。SiGeのラマンシフトと温度の関係(dω/dT)は明瞭な線形関係であることが分かり、温度上昇に伴いラマンスペクトルが低エネルギー(低波数)側にシフトすることを確認した。また、Si-SiおよびSi-Ge振動モードのdω/dTはGe組成に依存せず、概ね一定の値を有することが明らかになった。
当該年度の実験に用いた試料はチョクラルスキーおよび飽和溶融帯移動法で作製された単結晶バルクSiGeであり、事前にX線回折法および電子線後方散乱パターン法により単結晶および高品質であることを確認している。これまでの研究ではSiもしくはGe基板上にエピタキシャル成長したSiGe薄膜、もしくは多結晶SiGeを用いた例が多く、歪、欠陥、粒界の存在がラマンスペクトルに影響を及ぼす可能性があったが、本研究で用いたバルクSiGeはこれらの要因を排除でき、ラマンシフトと温度の関係を高精度に算出できていると考えている。
当該年度の実験で導出したSiGeのdω/dTを用いることで、高空間分解能下でSiGe熱電発電デバイスの微小領域における温度測定が可能となり、複雑な混晶系の微視的な熱伝導メカニズム解明に貢献できると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の実験では主に単結晶SiリッチバルクSiGe(Ge組成：16, 32, 45%)のラマン分光分析に着手し、Si-SiおよびSi-Ge振動モードのラマンシフトと温度の関係を高精度に見出した。一方でGe-Ge振動モードはSiリッチ試料であるがゆえラマンスペクトル強度が低く、導出が難しかったためGeリッチ試料のラマン分光分析で導出する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
全Ge組成の単結晶バルクSiGeのラマン分光分析を実施し、Si-Si、Si-Ge、Ge-Ge振動モードのラマンシフトと温度の関係を比較検討を行う。さらに混晶由来の局在振動モードについてもラマンスペクトルの温度依存性を導出し、どの振動モードがSiGe混晶内で熱の伝搬を抑制、および促進しているか考察する予定である。
全振動モードのdω/dT導出後、実際のSiGe熱電発電デバイス構造を想定した試料を用い、高精度に温度および熱伝導率を算出可能か検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
温度可変ラマン分光法の測定条件最適化、新型コロナウイルス感染症の影響で、今年度学会・試料作製を目的とした出張および消耗品費として使用できなかったため次年度使用額が生じた。
次年度使用額の使用計画として、学会・試料作製を目的とした旅費、およびSiGe試料を始めとした実験消耗品の購入に充当する予定である。
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