2013 Fiscal Year Annual Research Report
変調ドープと結晶粒径極微制御による高移動度・低熱伝導率ナノシリコン熱電材料の創成
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25289220
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
黒崎 健 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90304021)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 紀行 独立行政法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (60400636)
石丸 学 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00264086)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 熱電変換 |
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| Research Abstract |
SiとSiGe合金の混合比を8：2、SiGe合金中のSi/Ge比をSi：Ge＝8：2と固定して0.8Si-0.2(Si0.8Ge0.2B0.03)組成の試料を作製した。このとき、同じ組成で、一様ドープと変調ドープの二種類の試料を作製した。また、n型材料としては、変調ドープのための電子供給相として、Pを超高ドープしたGeを少量含有するSiを作製した。p型材料の場合、変調ドープ試料が一様ドープ試料よりもわずかに高い出力因子を示した。これは、ゼーベック係数が同程度であるにもかかわらず、変調ドープ試料のほうが一様ドープ試料よりもわずかに高い電気伝導率を示したことに起因する。この結果はまさに変調ドープの原理実証になるものと考えているが、平成２６年度以降より詳細に検討していきたい。一方、Pを超高ドープしたGeを少量含有するSiに関しては、通常の解析モデルでは説明できないほどの高い熱電変換性能指数が得られた。透過型電子顕微鏡による極微観察の結果、試料中にたくさんのPリッチナノ析出相が存在していることを確認した。このナノ析出相によりフォノンが効果的に散乱された結果、高い性能指数が得られたものと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、平成２５年度は、SiとSiGe合金の混合比を8：2、SiGe合金中のSi/Ge比をSi：Ge＝8：2と固定して、同組成の変調ドープ試料と一様ドープ試料を作製し、それらの各種熱電特性を比較することを計画にあげていた。実際、計画通りの試料を作製することに成功し、熱電特性も評価することができた。加えて、変調ドープのための電子供給相として作製したPを超高ドープしたGeを少量含有するSiが、極めて高い熱電変換性能指数を示すことを見出した。このことは、当初の計画にはあげていなかったので、研究は当初の計画以上に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは、当初の計画通り、SiとSiGe合金間で様々な組成、粒径を試しながら、最適な変調ドープ試料を作製し、熱電変換性能指数の向上を試みる。加えて、平成２５年度の研究によって高い熱電変換性能指数を有することが明らかとなったPを超高ドープしたGeを少量含有するSiについても、GeおよびPの添加量や粒径、熱処理条件を調整することで、さらなる性能向上を図っていく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
ほぼ当初の予定通り使用したが、若干の端数が生じたため。加えて、当初は物品として新規で購入予定であったイメージングプレートが、既存のものの修理で代用できたため。
物品費等として使用する。
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