ナノスケール異種材料界面制御による熱マネジメント基盤の構築

通过纳米级异种材料界面控制构建热管理平台

基本信息

批准号：
22H01530
负责人：
渡邉孝信
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、様々な薄膜積層材料間の接合部の熱抵抗の決定要因を、大規模分子動力学シミュレーションとナノスケール構造分析、微小熱電素子の熱電性能評価を駆使して解明することである。分子動力学シミュレーションに関して、今年度は、アモルファスのAl2O3とアモルファスのSiO2の界面を取り上げ、界面近傍の欠陥分布と熱抵抗の関係を調査した。界面近傍に空孔型欠陥が分布している空孔分布型モデルと、接合部が狭窄した狭窄界面型モデルの2種類の界面の熱抵抗を比較したところ、界面付近の原子数がそろっている場合は両モデルに有意な差がみられないことが判明した。このことから、少なくともアモルファス酸化物同士の界面熱抵抗は、空孔の分布には影響されず、界面近傍の原子密度でほぼ決まることが判明した。微小熱電素子を用いた薄膜積層材料の熱電性能評価に関しては、素子内部に熱を局所注入するヒートガイド層の厚さを500nmと900nmとした２種類の多段集積熱電デバイスを作製し、熱電性能を評価した。その結果、900nmのヒートガイド層を有するデバイスが約3倍程度高い発電性能を示すことが判明した。これはシミュレーションによる事前の予想よりも大きな向上率であり、厚さ以外の別の要因も含まれると考えられる。また、UVラマン分光を用いた絶縁膜-Si薄膜界面近傍の熱伝導特性評価にも取り組んだ。厚さ70nmのSi結晶層の上に５種類の絶縁膜を30nm積層させて比較したところ、レーザー照射によるSi結晶層のラマンスペクトルのシフト量が試料毎に異なることを見出した。さらに、金属配線と有機スピンオングラス(SOG)の界面熱抵抗の調査も行い、メチル基含有量が多い有機SOG材料の方が高い界面熱抵抗を示すことを明らかにした。界面のメチル基含有量が多いほど、金属との結合が弱まり、界面熱抵抗が高くなったと考えることができる。

这项研究的目的是通过使用大型分子动力学模拟，纳米级结构分析和微型加热的电力器BE来阐明各种薄膜堆叠材料之间的热电阻。关于分子动力学仿真，今年占用了Amorphus的Al2O3和Amorphus SiO2的界面，并研究了界面附近的有缺陷分布与热电阻之间的关系。将多孔分布模型的两种类型的热电阻与界面附近的孔类型缺陷进行比较，以及狭窄的狭窄表面模型，具有狭窄的部分，因此可以使用原子界面的数量。这两个模型之间没有显着差异。由此，发现至少无定形氧化物之间的耐热性不受空的分布的影响，并且几乎由界面附近的原子密度确定。关于使用微加热的电解质对薄膜层压材料的热电性能评估，创建元素内部注入本地注入的热量导向层的厚度，以创建两种类型的多阶段集成的热电设备，其厚度为500，为500 NM和900 nm，我提供了热电性能。结果，发现具有900nm热量指南层的设备显示了发电性能的三倍。由于模拟，这比以前的预测更大，被认为包括厚度以外的另一个因素。此外，还使用UV拉曼光谱仪的绝缘膜-SI薄膜界面进行了评估导热率。当五种类型的绝缘膜以70 nm的厚度堆积在Si晶体层上时，发现每个样品因激光照射而引起的Si晶体层的拉曼光谱的移位不同。此外，对金属接线和有机旋转角（SOG）表面电阻进行了调查，并发现具有较高甲基的有机SOG材料表明较高的冲浪热耐热性。可以认为，界面的甲基含量越高，与金属的键越低，冲浪耐热性越高。