Thermal energy trap by a surface phonon polariton cavity

表面声子极化子腔的热能陷阱

基本信息

批准号：
18F18725
负责人：
野村政宏
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-07-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18725/
关键词：
熱伝導フォノンナノ構造 phonon polariton phonon engineering

项目摘要

シリコン薄膜に電子線描画やドライエッチング装置を用いてナノ構造を作製し、ナノ構造化がフォノン輸送および熱伝導に与える影響を評価した。また、その知見に基づいて、ナノ構造化による熱伝導制御の新技術開発を行った。主な研究実績は大きく２つに分けられる。①　非対称ナノ構造を形成したシリコン薄膜による熱伝導の異方性検討：強く空間対称性が破れた構造をシリコン薄膜に形成し、熱流方向によって熱伝導に差が出るかどうかの実証実験に挑戦した。円孔と比較して、切り込みをいれた場合、フォノンの散乱効果が強くなるため、熱伝導率の低下が顕著になることが観測された。本成果はApplied Physics Lettersに出版され、欧州の国際会議で発表された。②　シリコンナノコーン構造の導入に熱伝導制御法の開発：シリコン薄膜中にナノ構造を導入することで熱伝導制御を行う方法が一般的であるが、熱フォノンはシリコン表面で散乱を受けることで、面内輸送を変化させるため、ナノ構造を表面に導入することでも熱伝導制御が可能なはずである。この予想に基づいて、ドライエッチング条件を制御しナノコーン構造を導入することで、フォノンの後方散乱を強化することを試みた。その結果、シリコン薄膜にナノコーン構造を導入するだけで、熱伝導率が50%程度にまで大幅に減少させられることを実証した。このプロセスは、あらかじめ電子線描画などのプロセスが不要な、セルフマスキングプロセスであり、安価で大面積なプロセスである。したがって、スループットが要求される応用に適した、低熱伝導率化手法を見出すことができたと言え、熱電変換デバイス開発などへの応用が可能である。本成果は、ACS Appl. Mat. & Int.に発表された。本論文のインパクトファクターは、8.1であり、本研究の重要性は高いと言える。

使用电子束光刻和干法蚀刻设备在硅薄膜上制造纳米结构，并评估纳米结构对声子传输和热传导的影响。基于这些知识，我们还开发了一种通过纳米结构控制热传导的新技术。主要研究成果大致可分为两类。 ① 研究具有不对称纳米结构的硅薄膜的热传导各向异性：我们制作了具有空间对称性被强烈破坏的结构的硅薄膜，并进行了演示实验，以观察热传导是否因纳米结构的不同而存在差异。热流方向。与圆孔相比，观察到当形成凹口时，声子散射效应变得更强，并且热导率下降更明显。该结果发表在《应用物理快报》上，并在欧洲的一次国际会议上发表。 ② 开发引入硅纳米锥结构的热传导控制方法：常用的方法是通过在硅薄膜中引入纳米结构来控制热传导，但热声子分散在硅表面，应该可以通过这种方法来控制热传导。将纳米结构引入表面以改变面内传输。基于这一预测，我们尝试通过控制干法蚀刻条件并引入纳米锥结构来增强声子反向散射。结果，他们证明，简单地将纳米锥结构引入硅薄膜中即可将导热率显着降低至约 50%。该工艺是一种自掩模工艺，不需要电子束光刻等先前工艺，并且是一种廉价且大面积的工艺。因此，可以说我们找到了一种适合需要高通量应用的降低热导率的方法，可以应用于热电转换器件的开发。该结果在 ACS Appl 上公布。这篇论文的影响因子为8.1，可以说这项研究的重要性很高。