電子機器内の熱流を自在に制御できるメカニズムを発見~次世代デバイスの性能向上と省エネ化に期待~

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2025-04-14 東北大学

東北大学の小野円佳教授らの研究チームは、アモルファスシリカ(SiO₂)薄膜の熱伝導率を制御する新メカニズムを発見しました。基板と相互作用することで、Si-O結合のリング構造や振動特性が変化し、熱の流れが調整可能であることを実証しました。この成果により、電子機器の放熱設計が高度化し、半導体デバイスの性能向上や省エネ化が期待されます。成果は『Nano Letters』に掲載されました。

<関連情報>

単結晶基板表面の構造工学的利用によるアモルファスSiOx膜の熱伝導性制御 Controlling Thermal Conductivity of Amorphous SiOx Films through Structural Engineering Utilizing Single Crystal Substrate Surfaces

Katelyn A. Kirchner,Sohei Ogasawara,Melbert Jeem,Hiromichi Ohta,Akihiro Suzuki,Hiroo Tajiri,Tomoyuki Koganezawa,Loku Singgappulige Rosantha Kumara,Junji Nishii,John C. Mauro,Yasutaka Matsuo,Madoka Ono
Nano Letters  Published: April 14, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00646

Abstract

電子機器内の熱流を自在に制御できるメカニズムを発見~次世代デバイスの性能向上と省エネ化に期待~

Development of thin films with low thermal conductivity (κ) and high dielectric breakdown strength is essential to engineer insulating materials for electronics packaging and other application domains, such as power electronics. Silica glass (SiO2) has extremely high dielectric breakdown strength but a relatively high κ compared to multicomponent silicate glasses. This study reveals that a large and systematic decrease in κ can be obtained by shorter intermediate ordering distances controlled by stronger constraints from the substrate surface atoms. The largest effect on κ is observed for SiOx films on Si substrates, which can reach one-third of the bulk value. The change in ordering is observable by the shift of the main halo measured by grazing incidence X-ray total scattering. The improved understanding of the κ of SiOx films presented herein could enable new materials design for electronic devices including wide-bandgap semiconductors.

0400電気電子一般
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