富田 基裕 (トミタ モトヒロ)

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所属

研究院(研究機関) 総合研究機構

職名

次席研究員(研究院講師)

メールアドレス

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兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   基幹理工学部

学歴 【 表示 / 非表示

  • 2012年04月
    -
    2015年03月

    明治大学   理工学研究科   電気工学専攻博士後期課程  

  • 2010年04月
    -
    2012年03月

    明治大学   理工学研究科   電気工学専攻博士前期課程  

  • 2006年04月
    -
    2010年03月

    明治大学   理工学部   電気電子工学科  

  • 2003年04月
    -
    2006年03月

    東京都立武蔵野北高校  

学位 【 表示 / 非表示

  • 2015年03月   明治大学   博士(工学)

経歴 【 表示 / 非表示

  • 2021年04月
    -
    継続中

    早稲田大学   総合研究機構   次席研究員

  • 2019年04月
    -
    2021年03月

    早稲田大学   重点領域研究機構   次席研究員

  • 2018年04月
    -
    2019年03月

    早稲田大学   ナノ・ライフ創新研究機構   次席研究員

  • 2015年04月
    -
    2018年03月

    日本学術振興会   特別研究員PD

  • 2012年04月
    -
    2015年03月

    日本学術振興会   特別研究員DC1

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所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    応用物理学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 電気電子材料工学   半導体材料

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • EBSP

  • フォノン

  • 超解像

  • 電子線後方散乱パターン法

  • ラマン分光法

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論文 【 表示 / 非表示

  • Modeling, Simulation, Fabrication and Characterization of a 10 μW/cm2 Class Si-Nanowire Thermoelectric Generator for IoT Applications

    M. Tomita, S. Oba, Y. Himeda, R. Yamato, K. Shima, T. Kumada, M. Xu, H. Takezawa, K. Mesaki, K. Tsuda, S. Hashimoto, T. Zhan, H. Zhang, Y. Kamakura, Y. Suzuki, H. Inokawa, H. Ikeda, T. Matsukawa, T. Matsuki, T. Watanabe

    IEEE Transactions on Electron Devices   65 ( 11 ) 5180 - 5188  2018年11月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

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    © 2018 IEEE. We propose a planar device architecture compatible with the CMOS process technology as the optimal current benchmark of a Si-nanowire (NW) thermoelectric (TE) power generator. The proposed device is driven by a temperature gradient that is formed in the proximity of a perpendicular heat flow to the substrate. Therefore, unlike the conventional TE generators, the planar short Si-NWs need not be suspended on a cavity structure. Under an externally applied temperature difference of 5 K, the recorded TE power density is observed to be 12 μW/cm2 by shortening the Si-NWs length and suppressing the parasitic thermal resistance of the Si substrate. The demonstration paves a pathway to develop cost-effective autonomous internet-of-things applications that utilize the environmental and body heats.

    DOI

  • Evaluating the Relationship between Phonon and Thermal Properties of Group IV Alloys Using Molecular Dynamics Simulation

    M. Tomita, M. Ogasawara, T. Terada, T. Watanabe

    ECS Transactions   86 ( 7 ) 337 - 345  2018年09月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

    DOI

  • Development of interatomic potential of Ge(1-x-y)SixSny ternary alloy semiconductors for classical lattice dynamics simulation

    Motohiro Tomita, Masataka Ogasawara, Takuya Terada, Takanobu Watanabe

    Japanese Journal of Applied Physics   57 ( 4 ) 04FB04-1 - 04FB04-7  2018年04月  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

     概要を見る

    We provide the parameters of Stillinger-Weber potentials for GeSiSn ternary mixed systems. These parameters can be used in molecular dynamics (MD) simulations to reproduce phonon properties and thermal conductivities. The phonon dispersion relation is derived from the dynamical structure factor, which is calculated by the space-time Fourier transform of atomic trajectories in an MD simulation. The phonon properties and thermal conductivities of GeSiSn ternary crystals calculated using these parameters mostly reproduced both the findings of previous experiments and earlier calculations made using MD simulations. The atomic composition dependence of these properties in GeSiSn ternary crystals obtained by previous studies (both experimental and theoretical) and the calculated data were almost exactly reproduced by our proposed parameters. Moreover, the results of the MD simulation agree with the previous calculations made using a time-independent phonon Boltzmann transport equation with complicated scattering mechanisms. These scattering mechanisms are very important in complicated nanostructures, as they allow the heat-transfer properties to be more accurately calculated by MD simulations. This work enables us to predict the phonon- and heat-related properties of bulk group IV alloys, especially ternary alloys.

    DOI

  • 10μW/cm2-Class High Power Density Silicon Thermoelectric Energy Harvester Compatible with CMOS-VLSI Technology

    Motohiro Tomita, Shunsuke Ohba, Yuya Himeda, Ryo Yamato, Keisuke Shima, Takehiro Kumada, Mao Xu, Hiroki Takezawa, Kohei Mesaki, Kazuaki Tsuda, Shuichiro Hashimoto, Tianzhuo Zhan, Hui Zhang, Yoshinari Kamakura, Yuhei Suzuki, Hiroshi Inokawa, Hiroya Ikeda, Takashi Matsukawa, Takeo Matsuki, Takanobu Watanabe

    2018 Symposium on VLSI Technology     93 - 94  2018年  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

    DOI

  • Development of interatomic potential of group IV alloy semiconductors for lattice dynamics simulation

    M. Tomita, A. Ogura, T. Watanabe

    ECS Transactions   75 ( 8 ) 785 - 794  2016年  [査読有り]

    担当区分:筆頭著者

     概要を見る

    We have newly developed the interatomic potential of Si, Ge or Ge, Sn mixed systems to reproduce the lattice constant, phonon frequency, and phonon dispersion relations in the bulk pure group IV crystal and group IV alloys by molecular dynamics (MD) simulation. The phonon dispersion relation is derived from the dynamical structure factor which is calculated by the space-time Fourier transform of atomic trajectories in MD simulation. The newly designed potential parameter set reproduces the experimental data of lattice constant and phonon frequency in Si, Ge, Sn, and SiGe. Furthermore, the Sn concentration dependence of the phonon frequency, which are not yet clarified, is calculated with three type assumptions of lattice constant in GeSn alloy. This work enables us to predict the elastic and phonon related properties of bulk group IV alloys.

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • Advanced Aspects of Spectroscopy

    D. Kosemura, M. Tomita, K. Usuda, A. Ogura( 担当: 共著,  担当範囲: Stress Measurements in Si and SiGe by Liquid-Immersion Raman Spectroscopy)

    InTech  2012年08月 ISBN: 9789535107156

Misc 【 表示 / 非表示

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • Si/SiO2界面状態の制御による熱伝導率変調技術の開発

    若手研究

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2022年03月
     

    富田 基裕

    担当区分: 研究代表者

  • プレーナ型スケーラブル熱電発電機構の実証と展開

    JST-CREST

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2022年03月
     

    渡邉 孝信, 鎌倉 良成, 藤ヶ谷 剛彦, 黒澤 昌志

    担当区分: 連携研究者

  • 計算フォノニクスを駆使したオン・シリコン熱電デバイスの開発

    JST-CREST

    研究期間:

    2015年12月
    -
    2019年03月
     

    渡邉 孝信, 鎌倉 良成, 池田 浩也

    担当区分: 連携研究者

  • 分子動力学法を用いた歪IV-IV族混晶半導体のPDP導出に関する研究

    特別研究員奨励費

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

    富田 基裕

    担当区分: 研究代表者

     概要を見る

    本年度は2体ポテンシャルによるC原子の再現可能性の検討と、昨年度に完成した2元系SiGeSnポテンシャルの3元系への拡張を行った。
    SiGe, GeSny, SiSn, GeSiSnおよび SiCの熱伝導率のSiおよびSn濃度依存性についてMD計算によって調査を行った。なお、SiCの計算にはTersoffポテンシャルを、その他の混晶にはSWポテンシャルを用いた。2元系混晶の結果について比較を行うと、最も平均質量が軽いSiCで熱伝導率の低下が一番小さく、最も質量差の大きい組み合わせであるSiSnが最も低い熱伝導率を示した。また、3元系混晶についてはSiSnと同等の熱伝導率低下率を示している。
    混晶における熱伝導率低下率は平均質量と構成原子の質量差に大きく依存しているが、最も平均質量が重いGeSnよりSiSnやGeSiSnの方が低い熱伝導率を示していることから、構成原子の質量差による寄与が大きいと考えられる。これらの傾向は先行研究の時間独立ボルツマン方程式による計算結果においても見られており、ボルツマン方程式の仮定に含まれる種々の散乱仮定の再現ができているものと考えている。また、SiCの計算結果については組成ごとに計算結果のばらつきが大きい。これはTersoffポテンシャルを用いたMD計算が原子組成や原子の初期配列に対して敏感であり、計算結果がばらついているものだと考えている。本ポテンシャルを用いた熱伝導率評価を行うためには複数の初期配置を計算して統計的な解析を行う必要がある。
    本年度はGeSiSn3元系混晶を再現可能なポテンシャルの開発を完了することができた。このポテンシャルを用いることでMD法を用いたIV族混晶のフォノン物性や熱伝導率の詳細な解析が可能になる。しかし、C元素についてはSi、Ge、Snと違って取り扱いが難しく、ポテンシャル関数の検討から行う必要があると考える。

  • 超解像偏光ラマン分光法と有限要素解析を用いたSi結晶中の歪テンソル評価に関する研究

    特別研究員奨励費

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2015年03月
     

    富田 基裕

    担当区分: 研究代表者

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • ペルチェ効果とジュール発熱を含む等価回路モデルによる微小熱電変換デバイスの性能解析

    富田 基裕, 保科 拓海, 鎌倉 良成, 松木 武雄, 渡邉 孝信

    第68回応用物理学会春季学術講演会  

    発表年月: 2021年03月

  • SOI基板に形成したキャビティ・フリーSi細線のゼーベック係数の評価と検討

    富田 基裕, 片山 和明, 平尾 修平, 田邉 咲華, 松川 貴, 松木 武雄, 猪川 洋, 渡邉 孝信

    電子デバイス界面テクノロジー研究会 第26回研究会  

    発表年月: 2021年01月

  • 単結晶および多結晶Siナノワイヤを用いたプレーナ型熱電発電素子の性能比較

    富田 基裕, 武澤 宏樹, 目崎 航平, 五井 悠仁, 池田 浩也, 猪川 洋, 松川 貴, 松木 武雄, 渡邉 孝信

    第67回応用物理学会春季学術講演会  

    発表年月: 2020年03月

  • High Power Density Silicon Thermoelectric Generator - Optimum Design Toward Large-scale Integration -

    M. Tomita, K. Oda, T. Matsukawa, T. Matsuki, T. Watanabe  [招待有り]

    International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019  

    発表年月: 2019年11月

  • プレーナ型Siナノワイヤを用いた高集積熱電発電素子の開発

    富田基裕, 織田海斗, 松川貴, 松木武雄, 渡邉孝信  [招待有り]

    日本表面真空学会「微小エネルギーの観測と制御」摩擦の科学研究部会シンポジウム  

    発表年月: 2019年10月

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

担当経験のある科目(授業) 【 表示 / 非表示

  • Computational Experiments

    Waseda University  

  • 電子物性2

    明治大学  

  • 計算機実験学概論

    早稲田大学  

  • 電子物理システム演習A

    早稲田大学  

  • 電子物理システム演習C

    早稲田大学