構造制御による電子状態・散乱操作した高性能透明熱電材料の創製

通过结构控制创建具有电子态和散射操纵的高性能透明热电材料

基本信息

批准号：
22KJ2111
负责人：
小松原祐樹
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2111/
关键词：
透明熱電材料有効質量エピタキシャルナノワイヤ薄膜

项目摘要

本年度、当初予定していた独自局所ゼーベック係数顕微鏡の開発に関する進展は少なかったものの、エピタキシャルMgZnO/ZnOナノワイヤ含有透明薄膜の作製に向け、エピタキシャルZnO透明薄膜の出力因子の増大機構の解明、面密度制御したZnOナノワイヤ構造の作製を行い、それぞれ成果を示した。具体的には以下に述べる。1. エピタキシャルZnO透明薄膜の作製および出力因子増大機構の解明本ナノ構造含有薄膜において、埋め込み膜の高性能化は重要である。そこでまず、c-Al2O3, r-Al2O3基板上にZnO透明薄膜を形成した。熱電性能を測定すると、低キャリア密度領域（＜~1×1020 cm-3）ではZnO/r-Al2O3において理論より高いゼーベック係数が、一方、高キャリア密度領域（>~1×1020 cm-3）では、基板の面方位によらずゼーベック係数が増大する傾向を得た。構造評価および理論計算から、薄膜内の歪とAlの導入により有効質量が増大する結果を得た。特筆すべき成果はZnO/r-Al2O3においてユビキタス系透明薄膜の中で出力因子の最大値を更新した点である。2. エピタキシャルZnOナノワイヤ構造の作製ナノ構造界面での電子散乱制御による更なる出力因子増大、フォノン散乱による熱伝導率の低減が期待できるエピタキシャルZnOナノワイヤ構造を作製した。ナノ構造界面数が及ぼすゼーベック係数への影響を調べるため、ZnOナノワイヤの面密度を0.1~10×109 cm-1の範囲で緻密に制御した。特筆すべき成果は面密度がZnOの蒸着レートにより制御可能であることを初めて明らかにした点である。

Although there was little progress in the development of the original local Seebeck coefficient microscope that was originally planned this year, in order to fabricate transparent thin films containing epitaxial MgZnO/ZnO nanowires, we elucidated the mechanism of increasing the output factor of epitaxial ZnO transparent thin films and fabricated ZnO nanowire structures with controlled areas of density, and showed results.具体而言，以下解释了。 1。在这种富含纳米结构的薄膜中，阐明外延ZnO透明薄膜的制造以及阐明增加输出因子的机制，重要的是提高埋藏膜的性能。首先，在C-AL2O3和R-AL2O3底物上形成了ZnO透明薄膜。测量了热电性能，并发现在低载体密度区域（<〜1×1020 cm-3）中，Seebeck系数倾向于在ZnO/R-AL2O3中的理论增加，而在高载波密度区域（> 〜1×1020 cm-3）中，seebeck系数均能增加平面的影响。结构评估和理论计算导致由于膜中的应变和AL引入而导致的有效质量增加。一个值得注意的结果是，在无处不在的透明薄膜中，在ZnO/R-AL2O3中更新了输出因子的最大值。 2。外延ZnO纳米线结构的制造，我们制造了外延ZnO纳米线结构，该结构可以进一步增加由于纳米结构界面处的电子散射控制而导致的输出因子，并降低了由于声音声散射而引起的导热率。为了研究纳米结构界面数量对Seebeck系数的影响，精确控制了ZnO纳米线的面积密度在0.1至10×109 cm-1的范围内。一个值得注意的结果是，它是第一个揭示面积密度可以通过ZnO的沉积速率控制的。