2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermoelectric material utilizing electron filtering effect at metal/semiconductor interface
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15K14107
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
武田 雅敏 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30293252)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 金属物性 / 複合材料・物性 / ナノ材料 / 廃熱利用 / 熱電変換材料 / 界面制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，熱電材料粉末に表面処理を施すことで熱電特性の向上と焼結プロセスの低温度化・無加圧化を目指したものである．前年度までに液中プロセスを用いた化学的手法で無機熱電材料粉末の表面に金属被膜を形成する方法を確立した．今年度は，金属被覆した粉末を用いた塗布膜の固化を中心に研究を行った．
無機熱電材料としてSi，被覆する金属としてAgを用いた．液中プロセスにてAg被覆したSi粉末に分散剤を添加してペーストを調製し．ガラス基板上に塗布法により数十μmの膜を成膜した．次に，その塗布膜から分散剤を除去しつつ粉末同士の融着を促進するためのプロセスを検討した．その結果，真空中で600℃に加熱することで粒子同士が融着し，電気伝導性のある膜を得ることに成功した．現状ではAg膜が厚いことから，Si/Ag界面の存在によるゼーベック係数変化を明確にすることは困難であった．一方，半導体／金属界面の電子状態によるゼーベック係数向上の可能性を検討するために，CoSi相（半導体相）の周囲にCo2Si相（金属相）を生じさせた材料を作製しその熱電特性を調査した．その結果，Co2Si相がCoSi相と緻密かつ薄く均一に接している状態ではゼーベック係数が向上する兆候が見られたものの，Co2Si相の凝集や界面に空隙の見られる試料では逆にゼーベック係数が低下した．
通常Si粉末を焼結により固化するためには加圧下で1000℃程度もしくはそれ以上の温度に加熱する必要がある．これに対して，本研究ではより低温かつ無加圧で導電性のある膜を得ることができ，熱電材料を用いた素子を作製する方法への展開が期待される．また，異材界面による熱電特性向上のためにも，液中プロセスによる良好な半導体／金属界面形成が重要であると考えられる．
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