Spectral control of surface Plasmon by Fabry-Perot interference and its application for near-field thermophotovoltaic power generation

法布里-珀罗干涉表面等离子体激元的光谱控制及其在近场热光伏发电中的应用

基本信息

批准号：
20H02084
负责人：
花村克悟
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は波長選択近接場光を用いた光起電力発電を目指している。波長選択放射体については、タングステン製ピラーアレイ構造放射体および島状金属-絶縁体-平滑裏面金属構造放射体を、波長選択熱光起電力電池については、グリッド状表面電極-薄膜pn接合半導体-裏面平滑電極構造の製作に取り組んでいる。昨年度に引き続き分子線エピタキシャル装置によりInAs基板上にTeドープGaおよびGaそしてSbの分子線によりn型GaSbと、GaとSbの分子線によりアンドープのp型GaSbとを各々およそ50nmの厚みにて積層できることを確認した。その後、InAs基板を塩酸にて取り除いた後、Si基板に金(Au)を蒸着した表面にファンデルワールス力接合により張り付け、さらにp型GaSb表面にグリッド状Au電極をリソグラフィーとリフトオフにより製作できることも確認できた。ここで、pn接合GaSb半導体が薄膜であるため、その表面に波状の凹凸が生ずること、さらに上記のAu蒸着Si基板への貼り付けの際に亀裂が生ずるなど、ここにきて薄膜pn接合GaSb半導体の製作に課題が多く生じ始めた。さらにリフトオフの際にもグリッド電極が剥がれるなど、安定した製作工程には至っていないことも明らかとなった。一方、向かい合う放射体については反応性イオンエッチングによりタングステンの平滑面に断面800×800nmのピラーアレイ構造が製作できるものの、目標とする断面100×100nmには至っておらず、レジストおよび描画装置の調整について試行錯誤を行った。さらに島状金属-絶縁体-裏面平滑金属構造放射体の製作についても同様なサイズの島状金属構造の製作について試行錯誤を行った。

这项研究旨在利用波长选择性近场光进行光伏发电。对于波长选择性散热器，钨柱阵列结构散热器和岛状金属-绝缘体-光滑背面金属结构散热器；对于波长选择性热光伏电池，网格状正面电极-薄膜pn结半导体-背面我们正在致力于创造光滑电极结构。延续去年，我们利用分子束外延设备，利用Ga、Ga、Sb分子束堆叠了Te掺杂的n型GaSb，以及利用Ga、Sb分子束堆叠了未掺杂的p型GaSb，每个厚度约为50 nm，在 InAs 衬底上，我证实这是可以做到的。然后，用盐酸去除InAs衬底后，将其通过范德华力键合沉积有金(Au)附着在Si衬底的表面上，也可以在其上制作栅格状的Au电极。通过光刻和剥离我能够确认-型GaSb表面。这里，由于p-n结GaSb半导体是薄膜，因此其表面会出现波状凹凸，并且当将其附着到上述Au沉积的Si基板时会出现裂纹。在半导体的生产中开始出现许多问题。此外，很明显制造工艺不稳定，栅极在剥离过程中剥落。另一方面，对于面向的散热器，虽然可以使用反应离子蚀刻在钨的光滑表面上制造横截面为800 x 800 nm的柱阵列结构，但尚未实现100 x 100 nm的目标横截面。实现了，我们正在尝试调整抗蚀剂和绘图设备，我犯了一个错误。此外，我们进行了反复试验，以制造类似尺寸的岛状金属结构，以制造具有岛状金属-绝缘体-背面光滑金属结构的散热器。