政府機関や財団などからの競争的研究資金や助成金を受けて、シリサイド系半導体に関する研究開発を進めています。 これら研究によって得られた成果を基に、企業と共同で実用化を目指した研究開発を積極的に進めています。
Thermoelectric Silicides
マグネシウムシリサイドとマンガンシリサイド半導体を使った中温域（300℃〜600℃）の熱電変換材料の研究開発を行っています。当研究室では溶融合成した数ミリサイズの粒径をもった結晶を使用することで、高い電気伝導率を備えた熱電材料の開発を進めています。熱電材料では数十μmサイズの粉末を焼結してバルク体を作るのが主流ですが、材料によっては酸化による電気伝導率の低下が生じます。溶融結晶ではこうした酸化の影響を避けることができますが、粒界によるフォノン散乱も少ないため，熱伝導率が高くなります。溶融結晶で効率的に熱伝導率を低減する手法を開発し、高い無次元性能指数ZTを持つシリサイド材料を開発します。
IR-detector / TPV Cell
シリサイド半導体を利用した高感度赤外受光デバイス、熱光発電(TPV)用の光起電力発電デバイスの研究開発を進めています。Mg2SiではSnを加えた三元混晶にすることで波長2μmから5μmに感度を持つ赤外受光材料（Eg=0.61eV~0.23eV)として利用できます。これまでにMg2Siのpn接合ダイオードを試作し、波長2μm以下で光応答を得ることに成功しています。今後、Snの添加で長波長化するとともにpin構造による高感度化、さらに太陽電池構造でのTPV利用を目指した研究を進めていきます。
また、MnSi1.75-xについてもEg=0.5eVで高い光吸収係数を持っていることから同様に赤外受光素子への応用を進めています。
また、MnSi1.75-xについてもEg=0.5eVで高い光吸収係数を持っていることから同様に赤外受光素子への応用を進めています。
Group IV Photovoltaics
シリコンを中心とした豊富な資源量のシリサイドやクラスレート材料による薄膜太陽電池の開発を目指しています。バンドギャップエネルギーの最適化と高い光吸収係数を利用することで高変換効率のIV族系太陽電池材料を開発します。
Semiconducting Silicide Crystal Growth
& Fundamentals
& Fundamentals
半導体シリサイドバルク結晶成長技術の開発と電気･光･磁気・熱物性探索を行います。これまでにβ-FeSi2、Mg2Si、MnSi1.75-x単結晶を成長し、バンドギャップエネルギーを透過測定から明らかにしています。
Nano-structured bulk growth
ナノ周期構造を持ったバルク単結晶を合成することで、高い電気伝導を保ちつつ、格子熱伝導を低減したバルク結晶を開発する研究です。周期構造を調整することで特定の振動数を持つフォノンをフィルタリングすることができ、熱電変換材料等への応用が期待できます。
TE-battery for IoT
シリサイド半導体膜を使った熱電電池を開発します。人間の体温や身近な熱からμW~mW程度の電力を発電し、小型電子器機の電源としてIoTなどでの大量利用できる熱電電池の実現を目指しています。
Research Facilities
バルク結晶成長関係
- 溶液成長用抵抗加熱炉 6台
- 垂直ブリッジマン炉 1台
- 高温シリコニット炉
- 高真空排気用封止装置
薄膜成長関係
- 分子線エピタキシー装置
- スパッタ装置
- 真空蒸着装置
- 高温アニール装置
結晶加工関係
- クリスタルカッター
- 研磨装置
- ワイヤーボンダー
評価装置
- PL測定装置 Photoluminescence (VIS, NIR/10K - 300K)
- 分光測定装置 VIS-NIR single monochrometer
- 顕微FTIR装置 (共用） FTIR micro-spectroscope
- 顕微ラマン分光装置 (共用） Raman micro-spectroscope
- Hall効果測定装置 Hall effect measurement (4.2K - 550K)
- I-V測定装置 I-V measurement system
- C-V測定装置 C-V measurement system
- 高温輸送特性測定装置 ZEM-III (300K - 1200K)
- レーザーフラッシュ測定装置 Nanoflash (300K - 600K)
- 熱分析装置 (共用） TG-DTA analyzer
- X線回折装置 (共用） X-ray diffractometer
- 蛍光X線分析装置 (共用） XRF system with WDX
- 走査型電子顕微鏡 (共用） SEM-EDX system
- 光電子分光装置 (共用） XPS system with sputter-gun
- レーザ顕微鏡(共用） Laser microscope
- AFM(共用）AFM