ネットワーク型共同研究拠点を支える 人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス 研究者データベース

熱トランジスタ（熱スイッチ）は、半導体の電界効果トランジスタがドレイン電流を制御する方法と類似の方式で、熱の流れを電気的に制御するデバイスであり、熱ディスプレイなどの応用において効率的な熱管理を実現する可能性を有しているため、注目を集めている。しかしながら、従来の熱トランジスタは液体電解質を使用しており、その実用化には課題が存在していた。最近、酸化物系材料を活性層として用い、YSZを固体電解質とする全固体電気化学熱トランジスタを開発している。

Thermal transistors (thermal switches), which electrically control heat flow in a manner similar to how semiconductor field-effect transistors control drain current, have attracted significant attention for their potential to enable efficient thermal management in applications such as thermal displays. However, previous thermal transistors contained liquid electrolytes, posing challenges for practical applications. Recently, we developed solid-state electrochemical thermal transistors using oxide-based materials as active layers, with YSZ as the solid electrolyte.

新しい高性能活性層材料を探索し、熱伝導率制御幅10 W/mK以上、ON/OFF比10以上の全固体熱トランジスタを開発する。次に、パルスレーザー堆積法による活性層を膜厚10 μm程度に厚膜化し、電気化学的酸化／還元を行い、ON/OFF状態で熱トランジスタを格子状に配置し、赤外線カメラで温度差を可視化する。最後に、高イオン伝導性材料を探索して動作温度を200℃以下に低減し、ナノ構造を導入して熱伝導率を制御し、デバイス性能を向上させる。これらの取り組みで、全固体熱トランジスタの超高性能化と熱ディスプレイを実現する。

We will explore high-performance active layer materials to develop thermal transistors with a thermal conductivity switching width over 10 W/mK and an ON/OFF ratio above 10. Next, we will prepare the thick active layers to 10 μm using pulsed laser deposition, then perform electrochemical oxidation/reduction and visualize temperature differences with an infrared camera. Finally, we will investigate high-ion conductivity materials to reduce the operating temperature below 200°C. These efforts aim to achieve high-performance solid-state thermal transistors and displays.