シリコン膜からの熱放射の倍増に成功～半導体デバイスの排熱問題の解決に期待～(JST)

ポイント

高性能半導体デバイスなどの電子デバイスでは、局所的な発熱による性能や信頼性の低下が問題となっており、熱管理が課題になっています。

シリコン膜の表面をわずかに酸化させることで、酸化膜界面の格子振動により表面フォノンポラリトンという光と格子振動の連成波を熱励起し、シリコン膜からの熱放射を倍増させることに成功しました。

今後、排熱を課題とする電子機器の熱管理や輻射（ふくしゃ）ヒーター、宇宙空間での放熱などに応用が期待されます。

　東京大学 大学院工学系研究科 立川 冴子 大学院生（日本学術振興会 特別研究員）（研究当時）、同大学 生産技術研究所 ホセ・オルドネス 国際研究員、ロラン・ジャラベール 国際研究員、セバスチャン・ヴォルツ 国際研究員、野村 政宏 教授らの研究グループは、シリコン膜の表面をわずかに酸化させるだけで、プランクの熱放射則で決まるとされていた熱放射を倍増させることに成功しました。そして、この熱放射の増強に表面フォノンポラリトンが寄与したことを理論計算によって明らかにしました。この成果は、適切な半導体構造を設計して表面フォノンポラリトンを利用することにより、誘電体膜を数十ナノメートルまで薄くしないとプランクの熱放射則を上回る熱輻射は得られないという従来の定説を覆し、丈夫で扱いやすい支持構造を持つ半導体からでも、空間への放熱をより効率的に行うことができることを示しています。今後、排熱を課題とする電子機器の熱管理や輻射ヒーター、宇宙空間での放熱などへの幅広い応用が期待できます。
　研究は、フランス国立科学研究センターと共同で行われました。
　本研究成果は、2024年5月3日（現地時間）に「Physical Review Letters」に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 CREST「ナノスケール・サーマルマネージメント基盤技術の創出（研究総括：丸山 茂夫）課題番号：JPMJCR19I1」、「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出（研究総括：谷口 研二）課題番号：JPMJCR19Q3」、日本学術振興会 科学研究費助成事業（課題番号：21H04635、JP20J13729）、日本学術振興会 Core-to-Core Program（課題番号：JPJSCCA20190006）などの支援により実施されました。

　

＜プレスリリース資料＞

本文PDF（474KB）

＜論文タイトル＞

“Enhanced Far-field Thermal Radiation through a Polaritonic Waveguide”
DOI：10.1103/PhysRevLett.132.186904

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