| 研究概要 |
本研究では,熱電変換セラミックスの粒界・界面にミクロ傾斜機能構造を形成して,熱電性能を向上させることを目的とした。本年度は,熱電変換材料セラミックスの粒界に不純物をド-ピングすることによる粒界・界面でのポテンシャル障壁の制御を目的として,B_2H_6プラズマ処理したSiGe粉体を用いたセラミックスを放電プラズマ焼結法により作製し,その熱電気的特性を調べた。また,BをドープしたSiGe粉体をSiH_4プラズマ中で処理することにより,SiGeセラミックスの粒界にSiGeよりバンドギャップの大きなSiリッチ層を設け,エネルギー・フィルタリング効果による熱電性能向上についても研究を行った。
1.B_2H_6プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,キャリア(正孔)密度pが10^<20>cm^3に達するほどまでBをドープすることができ,大幅に電気伝導率σを向上させることができた。これらの試料の移動度μの測定から,粒界でのポテンシャル障壁φを見積もり,pが増加するにつれて,φが単調に減少することを明らかにした。しかし,粒界にBが偏析した構造もつ焼結がまだ行われていないために,プラズマ処理した試料と未処理試料とでは,ポテンシャル障壁φの高さには違いが見られなかった。
2.SiH_4プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,粒界に形成されたSiリッチ層によるポテンシャル障壁によって,低エネルギーキャリアの伝導が阻害されるエネルギー・フィルタリング効果によるものと考えられるゼ-ベック係数Sの増大が観測された。
以上の結果から,プラズマ粉体処理により,熱電変換材料セラミックスの粒界・界面に微細構造を制御して,熱電性能の向上が図られることが可能であることがわかった。
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