課題番号 ：S-16-OS-0014
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：高熱電性能を目指したナノ熱電材料の開発
Program Title (English) ：Development of high performance thermoelectric nanomaterials
利用者名（日本語） ：中村芳明, 渡辺健太郎, 石部貴史, 安岡晃太, 留田純希, 坂根駿也,
新川大生, 宮崎雄介, 谷口達彦, 奥畑亮, 御手洗光祐
Username (English) ：Y. Nakamura, K. Watanabe, T. Ishibe, K. Yasuoka, A. Tomeda, S. Sakane,
D. Shinkawa, Y. Miyazaki, T. Taniguchi, R. Okuhata, K. Mitarai
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）
バルク酸化亜鉛(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、高配向ZnOナノワイヤを高配向ZnO膜中に埋め込むことでκを低減することを考えた。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、ZnOナノワイヤ埋め込み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)基板上に成長したZnOナノワイヤを導入した。基板温度: 400ºC、酸素分圧: 0.2 Paにて、ArFレーザー(193 nm)を用い、ZnO膜を蒸着した。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）
ZnOナノワイヤ埋め込み膜のSEM像(Fig. 1(a), (b))を取得したところ、ナノワイヤは膜中に埋め込まれたことがわかる。TEM観察(Fig. 1(c))により、c-軸配向ZnOと同じ六角形のドメインが確認され、SEMで確認したナノワイヤの面密度と同等であった(1×109 cm-2)。また、六角形ドメインに対になって、かつ特定の方向にボイドが形成されていることがわかった。このボイドは、PLDで膜を蒸着する際、ナノワイヤの陰になった部分と予測できる。面密度、及びボイドの形成を考えると、六角形のドメインはナノワイヤと考えられる。このナノワイヤ、及びその周囲の膜の結晶構造を確認すると、どちらもc軸配向したZnOであることが分かった(Fig. 1(d), (e))。今後、本構造の熱伝導率を測定し、ナノワイヤ埋め込み構造で、熱伝導率低減を実証する。

Fig. 1 SEM images of Embedded-ZnO nanowire structures (ENS) (plan-view (a) and cross-plane (b)). TEM image of ENS (c). Electron diffraction patterns of Nanowires (d) and the surrounding films (e).
４．その他・特記事項（Others）
なし
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) J. Electron. Mater. DOI: 10.1007/s
11664-016-5111-3
(2) 第77回応用物理学会秋季学術講演会
平成28年9月15日 (発表日).
６．関連特許（Patent）
なし