2015 Fiscal Year Annual Research 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 | 熱電材料 / 不純物ドーピング / シリサイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H26年度は、BaSi2ターゲットの一部に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て、Bドープp型BaSi2膜をスパッタ法にて石英基板上に堆積した。堆積時の基板温度は470℃で、室温で抵抗率は0.005Ωcmまで下がったが、熱電応用のためには、抵抗率をさらに1桁下げる必要があった。抵抗率を下げるにはドープしたBの活性化率向上が不可欠と考えた。
このため、H27年度は基板温度をさらに高温まで昇温できるようH26年度と別のスパッタ装置に移行し、さらに、ヒーター部を改造してランプ加熱により600℃まで基板温度を昇温できるようにした。実験ではBaSi2とほぼ同じ線熱膨張係数をもつCaF2(111)基板を用いた。当初、すぐにBaSi2膜が形成できると考えていたが、装置を変えたことでBaSi2ターゲットと基板間の距離が7cmから20cmへと大きくなり、Ar圧力が0.1 Paで作製した試料はスパッタ膜のSi/Ba比がストイキオメトリーから大きくSiリッチ側にズレた。一方、スパッタ時のAr圧力を高くするにつれ、膜の組成比がターゲットの組成比に近づいた。
このターゲットとの組成比のずれは二つの要因から起きたと考えられる。第一に、Baのスパッタ率がSiに比べ非常に小さいためである。第二にプロセスガスのArに対するBaとSiの質量差に起因する散乱の影響である。スパッタされた粒子の平均自由行程は圧力に反比例する。また、Ba原子とSi原子の質量数はAr原子に比べ、それぞれ約3.5倍、0.7倍である。このためAr圧力の増加に伴い、Arに比べ軽いSiが衝突による散乱の影響を大きく受け、膜内の組成比が変化したと考えた。Ar圧力を3.0Paと高めに設定することで、基板温度600度でBaSi2膜の形成に成功した。
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