充填スクッテルダイト構造中の電子、フォノン伝導機構

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650653
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 羽坂 雅之 長崎大学, 工学部, 教授 (30039698)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森村 隆夫 長崎大学, 工学部, 助手 (30230147) ; 近藤 慎一郎 長崎大学, 工学部, 助教授 (00225616)
• Keywords: 熱電半導体 / 充填スクッテルダイト / ゼーベック係数 / 熱電変換 / スピンキャスト

Research Abstract

クリーンなエネルギーの開発、マイクロ化技術の発展等の今日の重要な課題は、性能の高い熱電半導体が開発されればかなりの程度、解決される。充填スクッテルダイト構造はこれまでの半導体の常識を超えて、巨大なキャリア移動度とアモルファス並みのフォノン散乱を兼ね備えているため、次世代の熱電半導体として有望である。
本研究の目的は充填スクッテルダイト構造中の電子、フォノンの伝導に関する基本的知見を得ること、そうして延いては、電気伝導度と熱伝導度を制御して所望の熱電半導体を設計するのに役立てることである。
具体的には本年度においては、先ず、第4元素としてNi,Co等を添加した充填スクッテルダイト構造RT_4X_<12>(R=Ce、La;T=Fe;X=Sb)を高周波溶解及びスピンキャストにより作製した。続いて、電気伝導度、熱伝導度等の電気的特性の測定、並びにX線測定、電子顕微鏡EDX分析、電子顕微鏡高分解能観察等を行った。
その結果、電子、フォノンの伝導機構の解明に必要ないくつかの知見を得た。その主なものは次の通り。第4元素の添加により成分組成の異なる充填スクッテルダイト製造を作製することができる。第4元素の添加により、T原子のつくる格子サイズを1%程度変えることができた。第4元素の添加により、格子中ボイドへのR原子の充填率をかなり変えることができる。R原子の充填率の変化によって、X原子のつくる四角形リングの形状が長方形から正方形へと2%程度近づいた。第4元素の添加によって、フェルミエネルギーを制御し、半導体のP型、N型特性を変えることが可能であり、また、電子、フォノンの伝導率を変えることができる。

Research Products

• [Publications] S.Kondo: "On the Amall Enhancement of Electric Field Gradients Caused by a Deformation Potential Interaction" Progress of Theoretical Physics. Vol 100 No.5. 905-919 (1998)
• [Publications] H.Kitagawa: "Thermoelectric Properties and Microstructures of Filled-Skutterudites" Proceeding of the 5th Joint Symposium of Nagasaki University and Cheju National University. No.5. 145-148 (1998)
• [Publications] H.Kitagawa: "Mossbauer Effect Studies of Filled Skutterudite Compounds" Proceedings of International Conference on Thermoelectrics. Vol.18. 319-322 (1998)
• [Publications] H.Kitagawa: "Microstructures and Thermoelectric Properties of (FeSb_3)_ixLax Ribbons" Proceedings of International Conference on Thermoelectrics. Vol.18. 334-337 (1998)
• [Publications] H.Kitagawa: "Microstructures and Thermoelectric Properties of (FeSb_3)_<1-x>Lax Ribbons" HRTEM Reports,Nagasaki University. No.1. 29-30 (1998)