反応拡散で形成される鉄シリサイドの成長挙動と熱電能特性

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650722
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 下崎 敏唯 九州工業大学, 機器分析センター, 助教授 (00093964)
• Keywords: 熱電変換材料 / FeSi_2 / 反応拡散 / 金属間化合物 / 拡散生成 / 拡散障害

Research Abstract

【目的】鉄とシリコンの化合物の一つであるFeSi_2は熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電材料の一つである。。FeSi_2を通常の溶融法で作成すると個体と液体間の包晶反応で形成されるため、高温で長時間の加熱が必要とされる。また、組成の制御が困難で異種相や欠陥が導入されやすいなどの問題がある。反応拡散法によれば組成の制御が容易であること、欠陥の無い試料の作成が可能となる、不純物のドープが行えるなどの利点がある。本研究の目的はFeSi_2を反応拡散法によって作成し、その熱電能特性を評価することである。本年はまず、Feシリサイドの成長挙動を調べた。
【方法】純度の異なる二種類の鉄の板状試料およびシリコンウエハ-を10mmx10mmx1mmの試片とし、互いの接合面を鏡面研磨した。Fe(99.8%)/Si/Fe(99.99%)サンドイッチ型拡散対となるよう研磨面を張り合わせて、973〜1173Kの設定された真空加圧電気炉中で加熱した。加熱後、Fe-Si間に形成されたシリサイド相をEPMAで観察、相厚を測定した。
【結果】Fe/Si拡散対内にはこれまでの状態図には記載されていない固溶幅を有さない濃度25%Siの相(仮にFe_3Siとする)、FeSiおよび目的のFeSi_2相が形成された。これらの相の厚さはFeの純度に依存して著しく異なる。99.8%Fe/SiではFe_3Siが一番厚く、FeSi_2はほとんど成長しない。99.99%Fe/SiではFe_3Siが一番厚いが、FeSi_2の著しい成長が認められた。しかしながら、高速の相成長は望めない。そこで、Fe薄膜を用いてFeSi_2の成長促進を検討した。本系ではデータのばらつきが大きくFeおよびSi界面における拡散阻害の影響があることが示唆された。このことは高純度鉄の使用あるいは接合面の清浄化によってFeSi_2の成長促進が可能であることを示唆している。引き続き高純度薄膜Feを用いた実験を行いFeSi_2の作成を試みる予定である。

Research Products

• [Publications] T.Shimozaki: "Effect of Diffusion Barrier and Impurity in Ti on the Growth" Defect and Diffusion Forum. 143-147. 591-596 (1997)
• [Publications] T.Shimozaki: "Effect of Impurities on Growth of Ti Silicides in Bulk Ti/Si Diffusion Conple" Trans.JIM.38・10. 865-870 (1997)
• [Publications] 下崎敏唯: "光照射によるGaAlAs系発光ダイオード表面での酸素の浸透" 日本金属学会誌. 61・11. 1268-1269 (1997)
• [Publications] 沖野隆久: "Self-Inter stitial in Silicon" Jpn.J.Appl.Phys.36-P1・11. 6591-6594 (1997)