7/6 ＜フォノンエンジニアリングと熱電変換材料＞ 半導体ナノ構造における熱伝導の基礎と応用 ～先端半導体デバイスの熱マネジメントと環境熱発電～

東京大学生産技術研究所 教授　野村 政宏　氏

＜主なご経歴・研究内容・専門・ご活動・受賞など＞
2005年に東京大学大学院で博士（工学）を取得後、2010年東京大学生産技術研究所准教授、2022年同研究所教授を務める。半導体におけるナノスケールフォノン・熱輸送の物理と制御、環境熱発電、ハイブリッド量子科学を専門とする。2017年に応用物理学会フォノンエンジニアリング研究会を設立し、委員長を務める。日本学術振興会賞、文部科学省若手科学者賞、ドイツ・イノベーションアワード・ゴットフリートワグネル賞、化合物半導体国際会議若手科学者賞など受賞15件。

＜WebSite＞
https://nlab.iis.u-tokyo.ac.jp/index/ 

 　先端半導体デバイスの放熱問題の意識の高まりやゼロカーボン社会の実現に貢献するエネルギーハーベスティングに大きな関心が集まっている。ナノ構造を含んだ半導体材料・デバイス中の熱伝導は特殊で、正確な熱伝導の理解とデバイスの熱設計を行うためには、弾道性などのナノスケール特有の輸送特性と界面熱輸送を正しく理解することが必須である。これまでの研究の蓄積により、熱伝導をナノスケールフォノン輸送の観点から解析することで、材料や構造における熱伝導を理解することが可能になってきた。そして、ナノ構造により高度な熱輸送制御が可能になり、熱電材料もその性能を飛躍的に向上させている。本講演では、ナノスケールにおける特殊な熱伝導の基礎物理をわかりやすく解説し、先端半導体デバイスの熱マネジメントと熱電変換材料開発に重要となるフォノン・熱伝導の基礎と応用について解説する。

 １．ナノスケールフォノン輸送と熱伝導
　1.1 なぜ今、「熱マネジメント」が重要なのか？
　1.2 ナノスケールの熱伝導は何が特殊なのか？
　1.3 高度な熱伝導制御のための基礎知識
　1.4 過去の代表的な研究の紹介

２．フォノンエンジニアリングの基礎
　2.1 フォノンの弾道性を用いた熱伝導制御
　　2.1.1 フォノニック結晶の作製法
　　2.1.2 ナノ・マイクロ構造の熱伝導測定法
　　2.1.3 ナノ構造Siにおける熱伝導の物理
　　2.1.4 指向性をもった熱伝導と集熱
　2.2 フォノンの波動的性質を用いた熱伝導制御
　　2.2.1 フォノニクスと研究の歴史
　　2.2.2 フォノンとフォトンの類似性と相違性
　　2.2.3 熱を光のように操れるのか？
　　2.2.4 フォノニック結晶とバンドエンジニアリングの基礎
　　2.2.5 フォノニクスに基づく熱伝導制御

３．ナノ構造による熱伝導制御の応用例
　3.1 熱電変換の基礎
　3.2 熱電変換材料開発への応用
　　3.2.1 熱電変換の基礎
　　3.2.2 熱電変換材料の利点と課題
　　3.2.3 熱電変換ナノ材料開発の歴史と現状
　　3.2.4 高効率化のポイント
　　3.3 熱電変換デバイスの熱設計事例
　3.4 熱エネルギーハーベスティングの課題と展望

　　□質疑応答□

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