2014 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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| 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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| Outline of Annual Research Achievements |
今期に得られた成果のうち、代表的なものの概要は、以下の通りである。Siに対して変調ドープを施すための第二相として作製したGeを少量含有するPをドープしたn型Siが、極めて高い熱電変換性能指数ZTを示すことを見出した。材料の微細組織を透過型電子顕微鏡により観察したところ、材料中に二種類のPリッチなナノ析出物が存在していることを見出した。このPリッチ析出物には、サイズが約5 nmの球状のものと、サイズが約20 nmの板状のものの二種類があり、前者はコヒーレントに、後者はセミコヒーレントに、それぞれマトリックス相と接触していることを突き止めた。このようなコヒーレント、セミコヒーレント接合により、電子の輸送は妨げられることなくフォノンのみが効果的に散乱され、結果ZTの大幅な増大が達成された。今回最適化された組成は、仕込み組成でSi97Ge3P3であり、ZTの最大値は、1050 KでZT = 0.6であった。
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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
変調ドープに関する研究をすすめていく際、変調ドープ相として想定していた仕込み組成でSi97Ge3P3の材料が、極めて高い熱電変換性能指数を示すことを見出したため。透過型電子顕微鏡観察を始めとするいくつかの解析により、材料中に自然に生じているナノ析出物が高い熱電変換性能指数の起源であることを突き止めた。このことは当初予定していなかったものである。当初の予定にはない画期的な研究成果が得られたものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通りSiに対して変調ドープを施すことでZTの大幅な向上を試みる。一方、Siに類似した半導体的特性を示すGeについても同様の研究を行うことで、三次元バルク変調ドープの原理実証も試みていきたいと考えている。
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Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Local structure determination of substitutional elements in Ca3Co4-xMxO9 (M = Fe, Cr, Ga) using X-ray absorption spectroscopy2014
Author(s)
Supree Pinitsoontorn, Natkrita Prasoetsopha, Pornjuk Srepusharawoot, Atipong Bootchanont, Pinit Kidkhunthod, Teerasak Kamwanna, Vittaya Amornkitbamrung, Ken Kurosaki, and Shinsuke Yamanaka
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Journal Title
Phys. Status Solidi A
Volume: 211
Pages: 1732-1739
DOI
Peer Reviewed
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