金属・半金属・人工格子の電気的・熱電的性質の探究と多層膜高感度熱電センサーの開発

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04224219
• Research Institution: Iwaki Meisei University
• Principal Investigator: 田沼 靜一 いわき明星大学, 理工学部, 教授 (70013448)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 伝次郎 いわき明星大学, 理工学部, 教授 (50004239) ; 吉田 育之 いわき明星大学, 理工学部, 教授 (30200976)
• Keywords: 超格子膜 / 金属人工格子 / Eu-Sr系膜 / Bi-Sb系膜 / 薄膜磁性 / 熱電センサー / 分子線エピタキシー

Research Abstract

本年度目的の1つは分子線エピタキシャル成膜装置を用い、ユーロピウム(Eu)-ストロンチウム(Sr)の超格子膜のエピタキシャルと磁性を開明し、ネオジウム(Na)-セリウム(Ce)膜の研究を拡張することである。この目的に添い、Eu-Srエピタキシャルの種々Eu厚の膜を育成できた。特筆すべきはSrのfcc構造にエピタキシャルに、バルクには現れないEuのfcc構造が出現したことである。磁性は東大理のSQUIDを用いて高感度に磁化を2〜300Kの間で測定した。バルクEuが91K以下でスクリュウ反強磁性として知られているのに対し、Euの1周期内の厚さdEuが2.5nm以下である場合(DSrは1nm)はキューリーワイス常磁性でワイス温度が一数Kの反強磁性短距離秩序をもつ膜であるのと、dEuが5nm以上の膜では150K以下で強磁性をもつことが発見され、磁性の多彩な超格子系であることが分った。Tb-Ce膜については準備的膜生成を行うに止った。
本年度の第2の目的は半金属等超格子膜の大きい熱電能を開発し、とくに、熱電圧は直列に、温度差の設定は並列に、金属膜間に絶縁膜を入れる構造で大きい熱電感度をもつセンサーを開発することである。Bi-SbやPd-Auでこのような多層膜をスパッタリング法でつくったが、発生した超電力は小さいものであった。微分方程式を解くことにより、絶縁膜の抵抗率が10^<16>Ωcmていど以上に大きくないと、ショートが起きて熱電能を降下させてしまうことが分った。なをこれと別に、単結晶シリコン基板上にエピタキシャルに成長させたBi-Sb超格子膜は異常に大きい熱電能を示めすことが発見された。バルクBigo-SBzo合金の300Kでの-100μV/Kの熱電能に対し、Bi-Sb超格子膜の内(Bi2.6nm,Sb0.4nm)40層の膜は300Kで-300μV/Kとバルクの3倍の大さが見出された。

Research Products

• [Publications] 吉田 育之・田沼 靜一: "アンチモン蒸着膜にあらわれる不思議な紋章" 固体物理. 27. 592-598 (1992)
• [Publications] S.Tanuma,Tono,Y.Muradami,H.Suematsu: "The structure and magnetic Properties of Eu-Sr superlattice superlattice Films" (procist Intlsymp.on MEltallic Multilayrs) Journal of Magneism and MAgnetic Materials. (1993)
• [Publications] 田沼 靜一: "導電性材料をめぐる最近の動向17章エキゾチックコンデクテイブマテリアルの紹介" 材料技術協会, 250 (1992)