福山 敦彦 (フクヤマ アツヒコ)

FUKUYAMA Atsuhiko

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職名

教授

外部リンク

学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学) ( 2000年3月   東北大学 )

  • 修士(工学) ( 1993年3月   宮崎大学 )

  • 学士 ( 1991年3月   宮崎大学 )

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電気電子材料工学

  • ナノテク・材料 / ナノ構造物理

  • ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

  • ナノテク・材料 / 応用物性

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Theoretical study on the photothermal signal of the multilayer structure and application to the Si-nanopillar/SiGe composite films

    Y. Arata, T. Harada, D. Ohori, S. Samukawa, T. Ikari, A. Fukuyama

    Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics   41   3J5-1 - 3J5-2   2020年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(研究会,シンポジウム資料等)  

    We have carried out the PPT measurements of Si-NP sample and theoretical analysis for multilayer structure based on one-dimensional heat diffusion equation. Calculated results well reproduced the experimental f-dependence of the PPT signal intensities. We also investigated the effect of heat propagation between the LiNbO3 and rear-side air layer as well as at the interface of Si-NP/SiGe composite film and LiNbO3. In conclusion, since the thermal conductivity of LiNbO3 was small, an effect of heat propagation within the LiNbO3 and escaping to the rear-side air is found to be negligibly small.

  • Reduction of non-radiative recombination by inserting a GaAs strain-relaxation interlayer in InGaAs/GaAsP superlattice solar cells investigated by photo-thermal spectroscopy 査読あり

    A. Watanabe, T. Ikari, R. Furukawa, M. Sugiyama, and A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   128   195702-1 - 195702-10   2020年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The role of a GaAs strain-relaxation interlayer inserted into InGaAs/GaAsP superlattice solar cells was evaluated by measuring the piezo- electric photothermal (PPT) signals in the temperature range from 100 K to a device operation temperature of around 340 K. The PPT signals caused by the non-radiative recombination of electrons photo-excited to the first quantized level were observed. The temperature- dependent PPT signal intensities were assessed using an electron carrier relaxation model comprising four processes: radiative recombina- tion, non-radiative recombination, thermionic emission, and tunneling of carriers through the e2-miniband after thermal excitation from the e1-level. The contribution of holes in the hh1 state was also included in this model, in which e1 and e2 are the first and second electron levels in the conduction band, respectively, and hh1 is the first heavy hole level in the valence band of the quantum wells. A similar analysis was conducted using photoluminescence (PL) spectra to elucidate the carrier transition dynamics in greater detail, because PPT and PL measurements are complementary to each other in terms of non-radiative and radiative electron transitions. Consequently, although the non-radiative recombination remained dominant around room temperature, the quantum yield of the carrier tunneling process increased and became comparable to that of non-radiative recombination. This implies that the recombination loss of the photo-excited carriers is suppressed by the insertion of the GaAs interlayer. By clarifying the role of the inserted interlayer with respect to the non-radiative recombi- nation process, the usefulness of the PPT method is demonstrated.

  • Estimating Thermal and Optical Properties of Si-Nanopillar/SiGe Composite Film by a Piezoelectric Photothermal Measurements 査読あり

    T. Harada, Y. Arata, D. Ohori, S. Samukawa, T. Ikari, A. Fukuyama

    Proceedings of the 20th Int. Sympo. on Advanced Fluid Information   65-1 - 65-2   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    Piezoelectric photothermal (PPT) measurements for the highly periodic Si nanopillar arrays embedded in Si0.7Ge0.3 (Si-NP/SiGe) were carried out to clarify the drastic decrease of the thermal conductivity κ. A distinctive dip was observed in the frequency-dependent PPT signal intensity. κ and absorption coefficient α were estimated by comparing experimental results to the calculation based on the one-dimensional multilayer thermal diffusion equation. In addition to the significant decrease of κ, it was also found that α of Si-NP/SiGe should increase for satisfying the fitting condition.

  • Effectiveness of AlGaAs barrier layers as a redistribution channel of photoexcited carriers on anomalous temperature dependence of photoluminescence properties of GaAs quantum dots 査読あり

    Y. Miyauchi, T. Ikari, T. Mano, T. Noda, A. Fukuyama

    Journal of Applied Physics   128   055701-1 - 055701-9   2020年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Photoluminescence (PL) measurements at a wide temperature range, up to room temperature, for high-quality and high-density GaAs/AlGaAs quantum dots (QDs) fabricated by droplet epitaxy were carried out to investigate the anomalous temperature dependence of the PL peak energy from the QD ensemble. In addition to a reported redshift that deviated from the so-called Varshni’s curve of the PL peak energy in the low temperature region, a new blueshift was observed above 200 K. We analyzed the experimental results using a steady- state rate equation model and observed a good agreement. The distribution of the QD sizes and the presence of the AlGaAs barrier layer as a carrier coupling channel were considered in this model. This means that the wetting layer proposed thus far is not a necessary condition for explaining the anomalous temperature behavior of the PL properties. In addition, it was found that the anomalous temperature behavior was smeared out by the insertion of a GaAs height adjustment layer in order to homogenize the apparent QD size. We found that sufficient control of the QD size is a necessary factor for high temperature stability of QD devices.

  • Effect of concentrated sunlight illumination on mobility and concentrator solar cell efficiency 査読あり

    T. Harada, N. Miyashita, T. Ikari, A. Fukuyama

    Japanese Journal of Applied Physics   59   071002-1 - 071002-6   2020年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The Hall measurements of n- and p-type Si and GaAs samples were carried out under concentrated sunlight illumination to discuss the effect of illumination on mobility. We found that the carrier mobilities estimated from the experimental results decreased as the illumination increased. In addition, we deduced that the lattice scattering and sample deterioration do not decrease the mobility. We then concluded that the decrease in mobility is one of the reasons for the reduction in conversion efficiency of the concentrator solar cells.

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 微結晶シリコン太陽電池の光学的性質

    碇哲雄、福山敦彦( 担当: 共著)

    シーエムシー  2009年7月 

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    総ページ数:107-117   担当ページ:107-117   記述言語:日本語 著書種別:学術書

  • LED革新のための最新技術と展望

    福山敦彦( 担当: 単著 ,  範囲: 第2章第3節を分担執筆)

    情報機構  2008年11月 

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    記述言語:日本語 著書種別:学術書

  • Nonradiative Investigation of Impurity and Defect Levels in Si and GaAsby Piezoelectric Photo-acoustic Spectroscopy

    T. Ikari and A. Fukuyama( 担当: 共著 ,  範囲: 第5章を分担執筆)

    SPIE Press (Washington, USA) Total 353 page (分担) 145-174 page  2000年6月 

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    記述言語:英語 著書種別:学術書

MISC 【 表示 / 非表示

  • 液滴エピタキシー成長GaAs量子ドットの二峰性サイズ分布によるフォトルミネッセンスピークエネルギー温度依存性への影響

    宮内雄大、中村泰樹、川畑公佑、間野高明、野田武司、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   49   73 - 77   2020年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • 歪補償InGaAs/GaAsP超格子太陽電池のGaAsP障壁層のP組成変化がキャリア輸送特性に及ぼす影響評価

    岩永凌平、中村翼、安藝翼、渡部愛理、杉山正和、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   48   41 - 44   2019年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • 非発光再結合検出による歪緩和層挿入超格子構造太陽電池のキャリア輸送評価

    岩永凌平、中村翼、渡部愛理、安藝翼、杉山正和、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   48   45 - 49   2019年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • 液滴エピタキシー法により作製されたGaAs QDsのサイズが与えるフォトルミネッセンスの温度依存性への影響

    江添悠平、宮内雄大、間野高明、碇哲雄、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   48   51 - 54   2019年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

  • 集光照射によるSiおよびGaAs基板のHall移動度変化と太陽電池特性への影響

    松田真輝、立神秀弥、高内健二郎、碇哲雄、西岡賢祐、福山敦彦

    宮崎大学工学部紀要   47   77 - 82   2018年7月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)   出版者・発行元:宮崎大学工学部  

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • 3次元積層型 CIS向け多元素分子イオン注入エピウェーハの特性(II) - CH2Pイオン注入による白キズ欠陥抑制のメカニズム解析 -

    門野武, 廣瀬諒, 柾田亜由美, 鈴木陽洋, 小林弘治, 奥山亮輔, 古賀祥泰, 福山敦彦, 栗田一成

    令和3年秋季 第82回応用物理学会学術講演会  (オンライン)  2021年9月10日  応用物理学会

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    開催年月日: 2021年9月10日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  • 光ヘテロダイン光熱変位法による Si熱伝導率の非破壊非接触測定

    原田知季, 安良田裕基, 森田浩右, 碇哲雄, 福山 敦彦

    令和3年秋季 第82回応用物理学会学術講演会  (オンライン)  2021年9月10日  応用物理学会

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    開催年月日: 2021年9月10日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  • GaAs量子ドットのフォトルミネッセンスピークエネルギーの特異な温度依存性に及ぼす励起光強度の影響

    中村泰樹, 宮内雄大, 川畑公佑, 間野高明, 野田武司, 碇 哲雄, 福山敦彦

    令和2年度応用物理学会九州支部学術講演会  (オンライン)  応用物理学会九州支部

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    開催年月日: 2020年11月28日 - 2020年11月29日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  • 3C-SiC膜上に成長したSiCウィスカーにおける発光と単一光子源への応用

    川畑公佑, 中村泰樹, 宮内雄大, 成田克, 碇哲雄, 福山敦彦

    令和2年度応用物理学会九州支部学術講演会  (オンライン)  応用物理学会九州支部

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    開催年月日: 2020年11月28日 - 2020年11月29日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

  • Si中に形成された電子線照射欠陥のフォトルミネッセンス信号とその熱処理効果

    安藝翼, 碇哲雄, 福山敦彦, 佐々木駿, 佐俣秀一, 三次伯知

    令和2年度応用物理学会九州支部学術講演会  (オンライン)  応用物理学会九州支部

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    開催年月日: 2020年11月28日 - 2020年11月29日

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:オンライン  

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受賞 【 表示 / 非表示

  • 令和元年度(第11回)半導体材料・デバイスフォーラム 口頭発表最優秀賞

    2019年12月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   圧電素子光熱変換分光法による歪緩和層挿入超格子太陽電池のキャリア輸送特性評価

    古川諒, 渡部愛理, 岩永凌平, 中村翼, 碇哲雄, 杉山正和, 福山敦彦

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 平成28年度(第8回)半導体材料・デバイスフォーラム ポスター発表奨励賞

    2016年11月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   フォトルミネッセンス法を用いた超格子構造中のキャリア輸送評価

    魯 家男, 武田 秀明, 中村 翼, 松落 高輝, 鈴木 秀俊, 碇 哲雄, K. Toprasertpong, 杉山 正和, 中野 義昭, 福山 敦彦

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 平成27年度(第7回)半導体材料・デバイスフォーラム ポスター発表奨励賞

    2015年11月   熊本高専 半導体材料・デバイス研究部   無触媒MBE‐VLS成長したGaAsナノワイヤのSiドーピングによる結晶構造変化

    岩元 杏里,中野 真理菜,杉原 圭二,大堀 大介,境 健太郎,本田 善央, 山口 雅史, 天野 浩,碇 哲雄,福山 敦彦

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞  受賞国:日本国

  • 第1回 素材工学研究奨励賞

    2004年2月   財団法人素材工学研究会  

    福山敦彦

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    受賞区分:出版社・新聞社・財団等の賞  受賞国:日本国

  • 第2回 船井情報科学奨励賞

    2003年4月   船井情報科学振興財団  

    福山敦彦

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    受賞区分:出版社・新聞社・財団等の賞  受賞国:日本国

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科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 直接遷移型IV族半導体クラスレートの創成と光デバイス応用

    2021年04月 - 2025年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(B)

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    担当区分:研究分担者 

    本研究は、半導体として汎用されている結晶構造とは異なるシリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)の材料である「IV族半導体クラスレート」を 開発し、その特長である「可視光領域のエネルギー可変バンドギャップ」「直接遷移」「環境に優しいIV族材料」「高耐久性」を生かした新規 半導体の創成と応用を目的としている。 これまでの取り組みにより我々は、世界に先駆けてSiおよびGeクラスレートの薄膜化に成功している が、本課題ではそれをさらに進め、Si1-xGex混晶クラスレートの薄膜作製技術を確立し、その半導体としての性質を詳細に調べ、半導体材料と しての将来性を見極める。

  • 電子の非発光再結合を用いたGaAs中窒素不純物準位の高感度マッピング

    2021年04月 - 2024年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(C)

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    担当区分:研究分担者 

    量子コンピューターへの応用を目的とした区別のつかない希薄な発光素子を研究対象とした顕微分光評価技術の開発を行う。 具体的には、対象となる試料のバンドギャップやバンドギャップ内に存在する中間準位と一致する波長の光を照射する選択励起条件下での顕微 測定の開発を行う。取り組みとして、顕微装置系に新たに励起光照射時に試料表面で発生する「起電力」および非発光再結合の際に生じる「熱波」をそれぞれ検出 可能にする。これらの信号を取得するために、それぞれ固有の検出器と試料ホルダーを設計・作製して実証実験を行い、得られた結果を共同研 究者と議論・測定系の再検討を実施して多様な材料に適用できる評価技術の立ち上げを行う。

  • 無欠陥ナノ周期構造によるフォノン場制御を用いた高移動度半導体素子

    2020年09月 - 2025年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(S)

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    担当区分:研究分担者 

    本研究提案では、無欠陥ナノ構造作製技術・フォノンバンドナノオーダー評価解析技術・ ナノオーダートランジスタ作製技術を融合することで、トランジスタチャネル領域でのフォ ノン場を制御するという究極のナノスケールサーマルマネージメントを実現して、高移動度 プレーナー型半導体素子の開発に挑戦する。つまり、独自技術であるバイオマスクと無損傷 中性粒子ビーム加工の組み合わせで形成される周期的で無欠陥なサブ10nm径の半導体ナノピ ラーをマトリックス材料で埋め込んだ複合構造を作製する。作製されたナノピラー複合構造 に対して新たに開発したナノメートルオーダー計測技術と理論的計算を適用し、材料やナノ ピラーサイズ、間隔がフォノン生成・輸送特性制御に有効であることを実験的・理論的解析 から初めて明らかにする。得られた知見をもとに本質的にフォノンによるキャリア移動度散 乱を極限まで抑えたナノピラー複合構造を設計し、同構造をトランジスタチャネルに採用す ることで革新的な高移動度半導体素子を実現する。また、学術的にはナノオーダーサイズの 熱物性評価が可能な新たな測定・解析技術の確立も併せて行い、汎用性の高いフォノン生 成・輸送並びにキャリア輸送を理論的に予測可能な物理モデルを構築する。

  • 可視光領域の直接ギャップを有するSiGe混晶クラスレートの物性解明

    2017年04月 - 2021年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(B)

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    担当区分:研究分担者 

    研究の全体構想は、新材料「SixGe1-x 混晶クラスレート」の特長である「可視光領域のバンドギ ャップ」「直接遷移型」「環境に優しい IV 族材料」「高耐久性」を生かした高効率太陽電池の実現 である。先行研究において我々は、Si(および Ge)クラスレートの薄膜化に成功し、その太陽電池 動作の確認を世界に先駆けて行った。この成果を元に、本課題では、「SixGe1-x 混晶クラスレートの物性を解明し、高効率薄膜太陽電池への応用の指針を示す」ことを目的として研究を実施する。 具体的には、SixGe1-x 混晶混晶クラスレートの作製、薄膜化、物性解明(バンド構造、バンドギャ ップ、吸収係数、キャリア密度・寿命・移動度など)および太陽電池特性評価の実施である。

  • 非発光再結合検出による非破壊三次元評価法の開発と量子ナノ太陽電池の効率向上

    2016年04月 - 2021年03月

    科学研究費補助金  基盤研究(B)

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    担当区分:研究代表者 

    変換効率40%以上が期待できる量子ナノ構造太陽電池では、形成される量子準位吸収により太陽光吸収領域を増大させ、ミニバンド内をトンネリング移動させることで再結合なくキャリアを収集し高効率化を実現させる。問題は、未だ良質な量子ナノ構造作成が未だ困難で、量子ナノ層でのミニバンド形成やキャリア発生、再結合、輸送といった基礎物性の研究が不十分なことである。そこで、光ヘテロダイン微小振動測定技術を申請者らがこれまで開発してきた光熱変換分光法に導入することで、太陽電池変換効率低下の原因となる熱エネルギー損失、つまりキャリアの非発光再結合過程の非破壊非接触且つ高感度な測定を実現する。これを量子ナノ構造太陽電池に適用し、発電動作(電場印加)時のキャリアダイナミクスを明らかにする。加えて、熱エネルギー損失の三次元プロファイルの取得が可能なシステム開発も実施する。つまり次世代の高効率量子ナノ構造太陽電池実現のための非破壊非接触三次元評価術の新規開発と適切な素子構造のための有益な知見を得る事が本研究の要旨である。

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その他競争的資金獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 有機ポリシランの紫外線照射構造変化機構の解明とデバイス応用のための制御技術の開発

    2010年04月 - 2011年03月

    民間財団等  平成22年度池谷科学技術研究助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、有機ポリシランの紫外線照射構造変化機構の解明を行う。

  • 高効率太陽電池における熱放出によるキャリア損失過程の定量評価手法の開発

    2009年05月 - 2011年03月

    民間財団等  財団法人稲盛財団研究助成 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 電極形成を必要としない次世代太陽電池材料の特性評価技術の開発

    2008年04月 - 2009年09月

    民間財団等  平成19年度日本証券奨学財団研究調査助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 非発光遷移検出による色素増感型太陽電池材料の物性評価

    2007年09月 - 2008年08月

    民間財団等  平成19年度財団法人実吉奨学会研究助成金 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。

  • 非輻射光学遷移検出による有機太陽電池材料の高感度特性評価技術の開

    2007年04月 - 2008年02月

    民間財団等  平成18年度財団法人岩谷直治記念財団科学技術研究助成 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    非発光再結合過程を高感度に検出可能な圧電素子光熱変換分光法をもちいて、高効率太陽電池における熱エネルギー損失過程を検出し、その定量評価手法を確立する。