溶融Fe-Pb-S系2液相分離によるPbS-FeS_x液体半導体接合熱電変換

• Project/Area Number: 12875139
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐々木 康 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90281782)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柏谷 悦章 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10169435) ; 石井 邦宜 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00001214)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2001: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2000: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 液相分離 / 液体半導体 / 熱電変換 / 硫化物半導体 / 2液相分離 / 熱起電力

Research Abstract

平成12年度においては液相半導体の熱電能を測定するシステムの構築を行い、その有効性を確認するため液体半導体としてアンチモン(Sb)を用いて熱電能を測定し、従来に報告されている結果とほぼ同じ値を得た。初期の測定システムは手動で操作していたため、温度測定と電圧測定に時間差があり、低温における熱電能の値に関しては信頼性が低かった。よって、平成13年度は測定装置を計算機による自動制御方式に改良し、より正確な値の測定を可能とした。平成12年度においても予備実験として硫化アンチモン(Sb2S3)の熱電測定を行ったが、保持したアルミナルツボと反応するため、安定した測定は困難であった。そのため本年度は、装置全体を黒鉛ルツボに保持する方式に改め、これにより、約1000℃までの高温度領域においても長時間に渡り、硫化アンチモンの熱電能の測定が可能となった。しかし硫化アンチモンの熱電能測定においては温度を一定に保持しているにも関わらず、測定値が時間とともに次第に変化した。これは硫化アンチモンから硫黄が蒸発し、その組成が変化することに起因するためである事が分かった。よって硫化アンチモンの熱電能の測定は、所定の時間に達した時点での値を持って代表値とした。これらの測定により液相アンチモンはP型、液相硫化アンチモンはN型半導体である事を確認した。このとき得られた液相アンチモンの熱電能は約8mV温度範囲600〜1000℃においてほぼ一定で約8mV、液相硫化アンチモンにおいては温度範囲500〜700℃で約-0.4mVであった。また硫化アンチモンを長時間保持し、かなりの量の硫黄が蒸発すると見かけ上、硫化アンチモン組成の領域と硫黄濃度が少ない領域とに分離した。このとき、ルツボの上部では硫化アンチモン組成のN型、下部にある組成ではP型の特性を持っていた。このことにより本研究の目的である、液相状態でPN接合が可能であることを確認した。