2014 Fiscal Year Research-status Report
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26630120
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
末益 崇 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40282339)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ゼーベック係数 / 熱電特性 / BaSi2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BaSi2 は、資源が豊富なBa とSi で構成される半導体であり、これまでの研究から、分子線エピタキシー法において、n型およびp 型ともに1cc当たり10の20乗に達する高いキャリア密度を実証してきた。また、第一原理計算からも大きな熱起電力を期待できることが分かっている。しかし、申請者の知る限り、BaSi2 を使って熱電素子を目指した研究は行われていない。本研究では、不純物を1cc当たり10の19乗以上の高濃度にドーピングしたn-BaSi2 膜及びp-BaSi2 膜をスパッタ法でガラス基板上に堆積し、これらのゼーベック係数、電気伝導率、熱伝導率等の基礎物性を測定して熱電材料の性能指数を求め、熱電素子を作る前段階として、BaSi2 の熱電材料としてのポテンシャルを明確にすることを目的とする。
H26年度は、Bドープp型BaSi2膜をRFスパッタ法にて石英基板上に堆積し、作製した膜の電気特性および熱電特性を評価した。堆積時の基板温度は470℃で、BaSi2ターゲット上の一部にBシートを置いて、BがBaおよびSiと同時にスパッタされるようにした。その結果、B濃度が1cc当たり10の21乗のp型BaSi2膜の形成(厚さ1μm)に成功し、室温で抵抗率は0.005Ωcmまで下がった。同じ作製方法でSbドープBaSi2膜の形成も可能と考えられる。
しかし、作製したBドープp型BaSi2膜の熱電特性を評価したところ、試料温度が500℃を超えると電気特性の測定ができなくなった。これはBaSi2膜にクラックが生じたためであることが分かった。クラックの原因は、基板に使っている石英よりもBaSi2の線熱膨張係数が約30倍も大きいことが原因と考えられる。H27年度は、線熱膨張係数の大きな基板を用いる必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
H26年度は、Bのドープ量を変えたBaSi2膜を作製し、室温から800K までの温度領域で熱電特性を評価することを目的とした。これに対し、B濃度を1cc当たり、10の19乗から21乗の範囲で変えたp型BaSi2膜を形成することができた。抵抗率は、B濃度に応じて低下し、室温で0.005Ωcmまで下げることに成功した。高温時にBaSi2膜にクラックが入ったことで、熱電物性が当初計画通りには評価できていないため、やや遅れていると考えている。この問題は、潜熱膨張係数が大きな基板を用いることで解決できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は、熱電特性評価に必要な500℃以上の高温でもBaSi2膜にクラックが入らないよう、BaSi2とほぼ同じ線熱膨張係数をもち、且つ、電気伝導度の小さい基板を用いる必要がある。このような基板として絶縁体CaF2を用いる計画である。特に、CaF(111)は、Si(111)面とほぼ同じ格子定数をもつ絶縁体である。BaSi2膜はSi(111)面上に高配向して成長するため、CaF2(111)膜上でも、高配向膜の形成が期待される。H26年度と同じ手法を用いて、まず、Bドープp型BaSi2膜を形成し、熱電特性を評価する。並行して、SbドープBaSi2膜を形成して熱電特性を評価し、BaSi2膜の熱電材料としてのポテンシャルを明確にする。
H27年度は、従来のBaSi2単一ターゲットを用いる方法から、BaリッチBaSi2ターゲットとSiターゲットの2元同時スパッタを行い、Si/Ba比により、電気特性および熱電特性がどのように変化するのかも調べる計画である。
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Research Products
(5 results)
