2015 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 |
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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, 工学部, 教授 (40197380)
稲富 裕光 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 教授 (50249934)
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 / シリコンゲルマニウム / マグネシウムシリコンゲルマニウム / ゼーベック係数 / 熱伝導率 / 性能指数 / 温度差徐冷法 / 溶質輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、 X線透過法による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、温度差徐冷法による均一組成SixGe1-x結晶成長技術の開発、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を目的とした。
(1) Si種結晶/Ge/Si供給原料から構成される試料アンプルを電気炉に挿入し、温度勾配下でGe融液中へのSi結晶の溶解過程とSiGe結晶成長過程を観察した。温度勾配が0.6 °C/ mmと低い場合は、密度差に起因した溶質輸送が支配的となる結果、低温側の種結晶の溶解が促進されるのに対して、温度勾配を1.2 °C/ mmと大きくすると温度の高い供給原料側からの溶解が促進されることが示された。同じ方法を用いて、微小重力環境下と地上でInGaSb結晶を成長させ、溶質輸送効果を調べた結果、地上では微小重力環境下より低温度側の結晶が溶解しやすいことが示され、本研究の妥当性が検証された。
(2)Si種結晶/Ge/Si供給原料から構成される試料アンプルを用いて温度差徐冷法により均一組成SiGe結晶を成長させた。温度勾配を0.5 °C/mmと小さくすることで組成変化を抑制し、組成変動が0.006と小さいSi0.73Ge0.27結晶成長に成功した。また、Ga添加(1 x 1018 cm-3) Si0.68Ge0.32 結晶とSb添加(1 x 1019 cm-3) Si0.73Ge0.27結晶を成長させ、ゼーベック係数、熱伝導率と無次元性能指数の温度依存性を調べた。Ga添加とSb添加試料の最大熱電性能指数はそれぞれ0.34と 0.44であり、今までに報告されているリン添加SiGeバルク結晶の値0.06よりも大きな値が得られた。
(3) P型とn型SiGeから構成される１セル型熱電素子を作製し、40 °Cの温度差で9.6 mVの電圧を得た。
(4) 均一組成のSiGeをMg雰囲気下で熱処理することで均一組成Mg2SiGe合成に成功した。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Semiconductor crystal growth experiments under microgravity2016
Author(s)
Y.Hayakawa, V.Nirmal Kumar, M.Arivanandhan, G.Rajesh, T.Koyama, Y.Momose, T.Ozawa, K.Sakata, Y.Okano and Y.Inatomi
Organizer
The 3rd Japan-China Workshop on Material Science in Space
Place of Presentation
Ryukyu University (Naha, Okinawa, Japan)
Year and Date
2016-03-26 – 2016-03-27
Int'l Joint Research
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[Presentation] Thermoelectric properties of bulk and nanostructure Si1-xGex2016
Author(s)
M.Omprakash, M.Sabarinathan, R.Takatsu, H.Tatsuoka, H.Ikeda, T.Koyama, Y.Momose, D.K.Aswal, S.Bhattacharya, M.Arivanandhan, Y.Inatomi and Y.Hayakawa
Organizer
第27回シリサイド系半導体研究会
Place of Presentation
小山台会館（東京都、品川区)
Year and Date
2016-03-22
Invited
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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, D.K.Aswal, S.Bhattacharya, Y.Okano, Y.Inatomi and Y.Hayakawa
Organizer
The 17th Takayanagi Kenjiro memorial symposium
Place of Presentation
Shizuoka University (Hamamatsu, Shizuoka, Japan)
Year and Date
2015-11-17 – 2015-11-18
Int'l Joint Research
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[Presentation] Growth properties of InGaSb ternary alloys under Microgravity and normal gravity conditions2015
Author(s)
V.Nirmal Kumar, M.Arivanandhan, T.Koyama, Y.Momose, Y.Inatomi, K.Sakata, T.Ishikawa, M.Takayanagi, S.Yoda, Y.Kamigaichi, T.Ozawa, Y.Okano and Y.Hayakawa
Organizer
The Joint Conference of 6th International Symposium on Physical Sciences in Space and 10th International Conference on Two-Phase Systems for Space and Ground Applications
Place of Presentation
Doshisha University (Kyoto, Kyoto, Japan)
Year and Date
2015-09-14 – 2015-09-19
Int'l Joint Research
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[Presentation] Morphological change of S/L interface in semiconductor solution growth under reduced convention condition2015
Author(s)
Y.Inatomi, M.Arivanandhan, V.Nirmal Kumar, H.Mirsandi, T.Koyama, Y.Momose, T.Ozawa, T.Ishikawa, Y.Okano and Y.Hayakawa
Organizer
30th International Symposium on Space Technology and Science
Place of Presentation
Kobe Convention Center (Kobe, Hyogo, Japan)
Year and Date
2015-07-04 – 2015-07-10
Int'l Joint Research
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