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半導体ナノ結晶の構造・配向・配列を制御して、革新的エネルギーデバイスを創出します

渡辺 健太郎
教員氏名
渡辺 健太郎
職名
准教授
所属
機械・ロボット学科 機能機械学コース
研究分野

半導体、結晶成長、ナノ構造作製、ナノ構造物性制御、顕微分光

研究課題

半導体ナノ結晶の高配向・高密度配列構造を新機能/高性能材料とした、以下のような革新的デバイスの実現。
(1)高温下の構造物の欠陥を探査可能な超音波探傷子
(2)機械的振動から発電する圧電変換デバイス
(3)廃熱を利用して発電する熱電変換デバイス
(4)超低電圧・高速で駆動するフレキシブルな集積トランジスタ

出身校
東京工業大学、東京大学大学院
SOAR
研究者総覧(SOAR)を見る
一言コメント

渡辺研究室では、特定の結晶方位に配向したナノ結晶を成長させる技術と微細加工技術を組み合わせた"ナノ構造高配向・高密度配列作製技術"と、"単一ナノ構造物性評価技術"を武器に研究展開していきます。

研究紹介

高配向・高密度配列によって半導体ナノ結晶の性質を生かした革新的デバイスを創出する。

半導体やセラミックなどの寸法100nm程度以下のナノ結晶は、目に見えるサイズの結晶では見られない、ナノスケール特有の様々な物性が発現することは良く知られています。その中で有益なものを抽出してデバイスの材料にしたいところですが、ナノ構造単体では利用が困難ですし、焼結体のようにナノ構造の凝集体にしても、互いに密着して所望の物性が損なわれたり、構造の向きがでたらめで互いに打消し合ったりします。 渡辺研究室では、上記(1)~(4)のような革新的デバイスの創出のための新機能/高性能材料として、電気伝導性を大きく変えられる半導体ナノ結晶と、その高配向・高密度配列に注目しています。具体的には、個々の半導体ナノ結晶が持つポテンシャルを上手く引き出せるマクロな構造として、ナノワイヤ構造 (1次元)、原子層シート構造 (2次元)を有する半導体ナノ結晶を単位構造として、その構造自身・結晶の向き (配向)、構造配列を自在に制御した"高配向・高密度配列"に注目しています。また、個々の半導体ナノ結晶が持つポテンシャルを知るため、電子顕微鏡内で個々のナノ構造とそのナノ物性の関係を評価する手法も独自に開発しています。

 

 
自立ナノワイヤにナノ圧子で応力を印加しながら、ナノワイヤ局所の歪、歪変調バンドギャップ、電気特性を評価可能な独自装置。   直径150nmの圧電体ZnO自立ナノワイヤ配列のうち一本に、ナノ圧子で曲げ応力を印加している様子のSEM観察。ナノワイヤは大きく弾性変形しており、機械的に強靭なことがわかる (弾性歪4%:通常の100倍!)。

 

≪研究から広がる未来≫


未来のセンサーネットワーク社会における要のデバイスを生み出す上で、半導体ナノ結晶の高配向・高密度配列は、高いポテンシャルをもつ新機能/高性能材料群です。ナノ構造材料の開発とそのデバイス応用を双方向に考えながら、夢のような新機能/高性能材料や革新的デバイスを実現させたいと思っています。

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