【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.27】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23KT1061
利用課題名 / Title
ナノ構造集積MEMSデバイスの研究
利用した実施機関 / Support Institute
京都大学 / Kyoto Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
ナノワイヤ,電気計測,集積化技術,コアシェル半導体,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,ナノワイヤー・ナノファイバー/ Nanowire/nanofiber,3D積層技術/ 3D lamination technology
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
磯野 吉正
所属名 / Affiliation
神戸大学 大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
上杉晃生,河合弘武
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
高橋英樹
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
KT-103：レーザー直接描画装置
KT-110：レジスト現像装置
KT-111：ウエハスピン洗浄装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
熱電発電は，工場廃熱などの未利用の熱エネルギーの有効利用が可能なクリーンな発電方法として注目され，近年，低環境負荷な発電材料としてシリコンナノ構造体が注目されている。本研究では，シリコンナノワイヤ(SiNWs)構造の熱電変換効率の向上に向けて，SiNWsを誘電膜で被覆するコアシェル構造化がもたらす界面キャリア密度変化（参考1）に注目し，その影響の解明を目指している。ナノワイヤ構造の熱電特性を詳細に明らかにするため，VLS結晶成長SiNWsを一体化集積可能な計測デバイスを作製し，コアシェル構造体の熱起電力評価を実施した。
実験 / Experimental
京都大学ナノテクノロジーハブ拠点のKT-103で作製したフォトマスクを使用して，SOI小片基板上の中央部にSiNWs架橋集積部を持ち、薄膜温度センサとヒーターを一体化した計測デバイスを作製した。このSiNWs架橋集積部は幅10μm，深さ5μmの微小なトレンチ（マイクロトレンチ）であり、本研究室でこれまでに開発したSiNWsの垂直結晶成長手法（参考2）により溝側壁から対向面へとSiNWs架橋成長させて，さらに原子層堆積（ALD）を用いてアルミナ膜を被覆したコアシェル構造を形成した。コアシェルSiNWsの電気伝導性をI-V測定により評価した後に，真空チャンバ内に計測デバイスを設置し，集積ヒーターによってSiNWs架橋部の温度差を制御して熱起電力の評価を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
SiNWsの架橋集積部では、マイクロトレンチ側壁上に配置したφ60nmの触媒金ナノ粒子数に対し、約61%の高い割合でSiNWsの架橋構造が形成することに成功した。このうち測定対象とする中央部のSiNWs以外は、SOI基板デバイス層のパターニング時にDRIE加工により除去を行った。測定で得られた電気抵抗率・ゼーベック係数から、ナノワイヤ構造のコアシェル化が、熱電発電に必要なこれらの関係を変調させることが示唆された。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図 計測デバイス概要図と，シリコンナノワイヤの架橋構造のSEM観察像。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献：
・A. Uesugi, et al., "Anomalous Piezoresistive Changes of Core-Shell Structured SiC Nanowires",2021 IEEE 34th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), pp. 848-851 (2021)DOI: 10.1109/MEMS51782.2021.9375210
・A. Uesugi, et al., “Integration of silicon nanowire bridges in microtrenches with perpendicular bottom-up growth promoted by surface nanoholes”, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 61, No. 7 (2022)DOI: 10.35848/1347-4065/ac50bd
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
-
Akio Uesugi, Evaluation of Thermoelectric Properties of Monolithically-Integrated Core-Shell Si Nanowire Bridges, 2023 IEEE 36th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), , 701-704(2023).
DOI: 10.1109/MEMS49605.2023.10052493
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件