課題番号 ：S-15-OS-0042
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：酸化亜鉛ナノワイヤを用いた熱電材料開発
Program Title (English) ：Development of ZnO Nanowire for Thermoelectric Material
利用者名（日本語） ：渡辺健太郎, 石部貴史, 黒川翼
Username (English) ：K. Watanabe, T. Ishibe, T. Kurokawa
所属名（日本語） ：大阪大学, 基礎工学研究科, システム創成専攻
Affiliation (English) ：Dep. Systems Innovation, Grad. School Engineering Science, Osaka University

１．概要（Summary）
　酸化亜鉛(ZnO)は、高いゼーベック係数(S)・電気伝導率(σ)を示すため、熱電材料として期待されている。しかし、強い共有結合性による、高い熱伝導率(κ)が課題である。近年、エピタキシャルナノ構造の導入により、高いS, σを維持しつつ、κを低減できることが報告されている。我々は、ZnOを1次元ナノワイヤ形状にすることでκを低減することを考えた。そこでPLDによるZnO膜を形成し、トップダウン方式でナノワイヤを形成することを目指した。今年度は、ナノテクノロジープラットフォーム所有のPLDを用い、高配向ZnO膜の形成技術を検討した。
２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
人工超格子薄膜形成システム(PLD)
【実験方法】
背圧: 1×10-6 PaのPLDチャンバーに、Si(111)基板を導入した。基板温度: 室温、酸素分圧: 1 Paにて、ArFレーザー(193 nm)を用い、ZnO膜を形成した。PLDターゲットはZnO微粒子(99.999%)の焼結体を自作した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
　高熱電性能を実現するためには、高い移動度が求められ、一般的に結晶性が高いほど、移動度は向上する。今回、基板温度をパラメーターとして、高結晶性ZnO膜を作製する条件を調べた。基板温度: 室温で作製したZnO膜のAFM像をFig.1(a)に示す。粒径20~30 nmの粒子状の膜が形成され、RMSは1.4 nmであった。また、結晶性をXRDで確認したところ、ZnOのピークは確認できなかった。そこで、大気圧下、基板温度: 800ºCにて、アニール処理を施し、結晶性向上を狙った。アニール後のAFM像をFig. 1(b)に示す。粒径50~100 nmの角張った粒子状膜が形成された。RMSは3.3 nmであり、アニール前よりも荒い膜になったことが分かる。また、XRDで結晶性を確認すると、ZnO(0002)のピークが確認され、C軸高配向膜が形成され、結晶性の向上に成功した(Fig. 1(c))。今後、雰囲気・温度のアニール条件を検討した後、移動度の評価を行う予定である。

Fig. 1 AFM images of as-grown (a) and annealed ZnO films (b), respectively. (c) XRD patterns of annealed ZnO films.

４．その他・特記事項（Others）
「基盤研究B (252860260)」
研究代表者：中村　芳明
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし
６．関連特許（Patent）
なし