2014 Fiscal Year Annual Research Report
タンデム型熱電セル作製のための高品質混晶半導体結晶成長と溶質輸送効果の解明
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25289087
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Research Institution | Shizuoka University |
Principal Investigator |
早川 泰弘 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (00115453)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 浩也 静岡大学, 電子工学研究所, 准教授 (00262882)
立岡 浩一 静岡大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40197380)
稲富 裕光 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 教授 (50249934)
ムカンナン アリバナンドハン 静岡大学, 電子工学研究所, 助教 (50451620) [Withdrawn]
岡野 泰則 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90204007)
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Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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Keywords | 熱電デバイス / 混晶半導体 / シリコンゲルマニウム / ゼーベック係数 / シリコンゲルマニウム / 性能指数 / 温度差徐冷法 / ガリウム |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、SiGeとMg2SiGeタンデム型熱電セルを作製し廃熱の有効利用に寄与することである。そのために、SiGe混晶半導体バルク結晶成長に対する溶質輸送効果を明らかにし、高品質な結晶成長技術を開発する。 (1) X線透過法によるSiGe高温溶液中の濃度分布その場観察実験と数値解析による溶質輸送効果の把握、(2) 温度差徐冷法と熱パルス導入法を組み合わせた方法及び静磁場印加対流抑制法による均一組成SixGe1-x単結晶成長技術の開発、(3)不純物ドーピングと形態制御の最適化による熱電特性向上を図り、(4) SiGeとMg2SiGeタンデム型熱電セルを試作する。 25年度はX線透過法を用いてSi供給原料溶解過程、Si-Ge溶液中の濃度分布、SiGe結晶成長過程を時間の関数として測定し、SiGe混晶半導体結晶成長に対する溶質輸送効果を調べた。26年度は、温度差徐冷法により均一組成Si0.68Ge0.32結晶を成長させた。p型不純物としてGa添加し、欠陥分布、抵抗率、ゼーベック係数、熱伝導率の温度依存性を測定した。ゼーベック係数は温度上昇とともに高くなり、約900 Kで最大値371 µV/Kを示した。パワーファクターは報告値よりも高い値が得られた。ボールミリング法とホットプレス法によりP添加n型SiGeナノ結晶を成長させ、1073 Kで性能指数ZTが1.84を得た。これは、通常のn型SiGe合金の値で34 %高い値であった。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的の中の均一組成SixGe1-x単結晶成長技術の開発と熱電特性の向上に関して成果が得られた。熱電材料に関する研究成果が学術論文, J.Materials Chemistry A (IF6.108)やCrystal Growth & Design (IF: 4.558)等6編に採択されており、研究はおおむね順調に進展していると判断している。
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Strategy for Future Research Activity |
今後、不純物ドーピングと形態制御の最適化による熱電特性向上を図り、SiGeとMg2SiGeタンデム型熱電セルを試作することに挑戦する。
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[Journal Article] High power factor of Ga-doped compositionally homogeneous Si0.68Ge0.32 bulk crystal grown by the vertical temperature gradient freezing method2015
Author(s)
M.Omprakash, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, D.K. Aswal, S.Bhattacharya, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.Moorthy Babu and Y.Hayakawa
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Journal Title
Crystal Growth & Design
Volume: 15
Pages: 1380-1388
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Thermoelectric performance of layered SrxTiSe2 above 300 K2014
Author(s)
R.Bhatt, S.Bhattacharya, M.Patel, R.Basu, SAhmed, P.Bhatt, AChauhan, M.Navneethan, Y.Hayakawa, A.Singh, D.Aswal and S.Gupta
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Journal Title
Journal of Physics: Condensed Matter
Volume: 26
Pages: 445002-1-8
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] High thermoelectric performance of (AgCrSe2)0.5(CuCrSe2)0.5 nanocomposites having all-scale natural hierarchical architectures2014
Author(s)
S.Bhattacharya, A.Bohra, R.Basu, R.Bhatt, S.Ahmad, K.N.Meshram1, A.K.Debnath, A.Singh, S.K.Sarkar, M.Navneethan, Y.Hayakawa, D.K.Aswal and S.K.Gupta
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Journal Title
J.Materials Chemistry A
Volume: 2
Pages: 17122-17129
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Enhanced thermoelectric properties of Selenium-deficient layered TiSe2-x: A charge-density-wave material2014
Author(s)
Ranu Bhatt, Shvit Bhattacharya, Ranita Basu, Sajid Ahmed, A.K.Chauhan, G.S.Okram, Pramod Bhatt, Mainak Roy, M.Navaneethan, Y.Hayakawa, A.K.Debnath, Ajay Singh, D.K.Aswal and S. K.Gupta
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 6
Pages: 18619-18625
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Thermoelectric properties of compositionally homogeneous p and n-type SiGe bulk crystals2015
Author(s)
M.Omprakash, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano T.Ozawa, Y.Inatomi, S. Bhattacharya, D.K.Aswal, S.Moorthy Babu and Y.Hayakawa
Organizer
第62回応用物理学春季学術講演会
Place of Presentation
東海大学湘南キャンパス、神奈川県平塚市
Year and Date
2015-03-11 – 2015-03-14
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[Presentation] Growth of homogeneous p-type and n-type Si1-xGex for thermoelectric application2015
Author(s)
Y.Hayakawa, M.Arivanandhan, M.Omprakash, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano, T.Ozawa. Y.Inatomi, D.K.Aswal, S.Bhattacharya and S.Moorthy Babu
Organizer
International Conference on Nanoscience and Nanotechnology (ICONN 2015), IL-20, pp.20 (February 4th – 6th, 2015, Department of Physics and Nanotechnology
Place of Presentation
SRM University, Kattankulathur, Kancheepuram, India
Year and Date
2015-02-04 – 2015-02-06
Invited
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[Presentation] Growth of compositionally homogeneous P-type SiGe bulk and thermoelectric properties2015
Author(s)
M.Omprakash, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, D.K.Aswal, S.Bhattacharya, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.Moorthy Babu and Y.Hayakawa
Organizer
International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
Place of Presentation
Shizuoka University, Hamamatsu, Shizuoka
Year and Date
2015-01-27 – 2015-01-28
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[Presentation] Thermoelectric properties of compositionally homogeneous Ga-doped SiGe bulk crystals2014
Author(s)
Y.Hayakawa, M.Omprakash, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi and S. Moorthy Babu
Organizer
12th European Conference on Thermoelectricity (ECT2014)
Place of Presentation
Madrid, Spain
Year and Date
2014-09-24 – 2014-09-26
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[Presentation] Growth of compositionally homogeneous P-type Si1-xGex bulk crystal for thermoelectric application2014
Author(s)
M.Omprakash, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.Moorthy Babu, D.K. Aswal, S. Bhattacharya and Y.Hayakawa
Organizer
第74回応用物理学会学術講演会
Place of Presentation
(北海道大学札幌キャンパス、北海道札幌市
Year and Date
2014-09-17 – 2014-09-20
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[Presentation] In-situ observation of dissolution and growth processes of Si1-xGex in different temperature gradient2014
Author(s)
M.Omprakash, M.Arivanandhan, H.Morii, T.Aoki, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.Moorthy Babu and Y.Hayakawa
Organizer
13th International Conference on Global Research and Education (Inter-Academia 2014)
Place of Presentation
Riga Technical University, Riga, Latvia
Year and Date
2014-09-10 – 2014-09-12
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[Presentation] Ga doped Si1-xGex bulk crystal with homogenous compositon and its thermoelectric properties2014
Author(s)
M.Omprakash, V. Nirmal Kumar, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, H.Ikeda, H.Tatsuoka, Y.Okano, T.Ozawa, Y.Inatomi, S.Moorthy Babu and Y.Hayakawa
Organizer
International Conference and Summar School on Advanced Silicide Technology 2014
Place of Presentation
Tokyo University of Science, Katsushika Campus, Katsushika, Tokyo
Year and Date
2014-07-19 – 2014-07-21
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