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温度変調によるシリサイドナノバルク結晶創成と熱電応用

研究課題

研究課題/領域番号 25289081
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関茨城大学

研究代表者

鵜殿 治彦  茨城大学, 工学部, 教授 (10282279)

研究分担者 板倉 賢  九州大学, 総合理工学研究科, 准教授 (20203078)
磯田 幸宏  物質・材料研究機構, 電池材料ユニット, 主任研究員 (80354140)
江坂 文孝  日本原子力研究開発機構, 原子力基礎工学研究部門, 研究主幹 (40354865)
連携研究者 塩見 淳一郎  東京大学, 工学研究科, 准教授 (40451786)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2015年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2013年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワードシリサイド半導体 / Mg2Si / MnSi1.7 / 熱電変換 / バルクナノ構造 / MnSi1.75 / ナノ構造
研究成果の概要

シリサイド半導体は、地殻中資源量が豊富な元素で構成され、毒性が低いなどの特徴を備えており、中温域で利用できる廃熱発電材料として注目される。
本研究では高い熱電性能のシリサイド半導体を得るために、不純物偏析を利用したn-Mg2Si, p-MnSi1.7ナノ構造バルク結晶を合成し、その熱電特性を調べた。溶融結晶Mg2Siにわずか0.5at%のBiまたは1at%のSbを添加することで室温での格子熱伝導率をそれぞれ約38%、約40%まで低減できることを明らかにした。また、n-Mg2Si, p-MnSi1.7に温度変調により不純物偏析構造を作製した。

報告書

(4件)
  • 2015 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (45件)

すべて 2016 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Transformation of the nickel donor center by annealing in silicon measured by deep-level transient spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Minoru Nakamura, Susumu Murakami, and Haruhiko Udono
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 号: 1 ページ: 011302-011302

    • DOI

      10.7567/jjap.55.011302

    • NAID

      210000145877

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal expansion of semiconducting silicides b-FeSi2 and Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      Motoharu Imai, Yukihiro Isoda, Haruhiko Udono
    • 雑誌名

      Intermetallics

      巻: 67 ページ: 75-80

    • DOI

      10.1016/j.intermet.2015.07.015

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal growth and characterization of Mg2Si for IR-detectors and thermoelectric applications2015

    • 著者名/発表者名
      6. Haruhiko Udono, Hiroyuki Tajima, Masahito Uchikoshi and Masaru Itakura
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: x

    • NAID

      210000145473

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Depth profiles of the nickel donor center in p-type silicon diffused with dilute nickel measured by deep-level transient spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      M.Nakamura, S. Murakami, and H. UDONO
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 号: 9 ページ: 091301-091301

    • DOI

      10.7567/jjap.53.091301

    • NAID

      210000144426

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of p-type Mg2Si0.25Sn0.75 doped with sodium acetate and metallic sodium2014

    • 著者名/発表者名
      S. Tada, Y. Isoda, H. Udono, H. Fujiu, S. Kumagai and Y. Shinohara
    • 雑誌名

      J. Electron. Mat.

      巻: 43 号: 6 ページ: 1580-1584

    • DOI

      10.1007/s11664-013-2797-3

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Convenient Melt-Growth Method for Thermoelectric Mg2Si2014

    • 著者名/発表者名
      K. KAMBE and H. UDONO
    • 雑誌名

      J. Electron. Mat.

      巻: 43 号: 6 ページ: 2212-2217

    • DOI

      10.1007/s11664-014-3014-8

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation and thermoelectric properties of Mg2Si0.9-xSnxGe0.12013

    • 著者名/発表者名
      S. Tada, Y. Isoda, H. Udono, H. Fujiu, S. Kumagai and Y. Shinohara
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi C

      巻: 10 号: 12 ページ: 1704-1707

    • DOI

      10.1002/pssc.201300357

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solid-phase growth of Mg2Si by annealing in inert gas atmosphere2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ikehata, T. Ando, T. Yamamoto, Y. Takagi, N. Sato, and H. Udono
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi C

      巻: 10 号: 12 ページ: 1708-1711

    • DOI

      10.1002/pssc.201300358

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution growth and optical characterization of Mn11Si192013

    • 著者名/発表者名
      M. Iioka, D. Ishida, S. Kojima and H. Udono
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi C

      巻: 10 号: 12 ページ: 1808-1811

    • DOI

      10.1002/pssc.201300354

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ga 溶媒を用いて成長した単相MnSi1.75-x 結晶の粒径観察2016

    • 著者名/発表者名
      堀俊平, 鵜殿治彦
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 不純物を添加した溶融マグネシウムシリサイド結晶の耐酸化性2016

    • 著者名/発表者名
      今野嵩、大坪翼、中野浩平、鵜殿治彦
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 垂直ブリッジマン法で成長した高純度Mg2Si 結晶の結晶性評価2016

    • 著者名/発表者名
      中野浩平、大坪翼 、今野嵩、鵜殿治彦
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] マグネシウムシリサイドの結晶成長と熱電・赤外線センサ応用2016

    • 著者名/発表者名
      鵜殿治彦
    • 学会等名
      日本結晶成長学会 バルク成長分科会 第98回研究会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2016-03-04
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高マンガンシリサイド結晶の溶液成長と結晶粒の大径化2015

    • 著者名/発表者名
      堀 俊平, 鵜殿治彦
    • 学会等名
      平成27年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 発表場所
      日立シビックセンター
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 高純度Mg2Si結晶成長と結晶評価2015

    • 著者名/発表者名
      中野浩平, 大坪翼, 今野嵩, 鵜殿治彦
    • 学会等名
      平成27年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 発表場所
      日立シビックセンター
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 不純物を添加したマグネシウムシリサイド溶融単結晶の熱安定性 (Ⅱ)2015

    • 著者名/発表者名
      今野嵩, 大坪翼, 中野浩平, 鵜殿治彦
    • 学会等名
      平成27年度電気学会東京支部茨城支所研究発表会
    • 発表場所
      日立シビックセンター
    • 年月日
      2015-11-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Electrical Property of Single-phase HMS Grown by Temperature Gradient Solution Growth Method using Ga and Sn Solvent2015

    • 著者名/発表者名
      S. Hori, M. Iioka, S. Jimba, Y. Hara and H. Udono
    • 学会等名
      SSDM2015
    • 発表場所
      札幌国際会議場
    • 年月日
      2015-09-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 溶液法で合成した単相 MnSi1.75-x の電気特性 ( II )2015

    • 著者名/発表者名
      堀俊平 , 飯岡優 , 原嘉昭 , 鵜殿治彦
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] beta-FeSi2 およびMg2Si の熱膨張2015

    • 著者名/発表者名
      今井基晴 , 磯田幸宏 , 鵜殿治彦
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 溶液成長した単相高マンガンシリサイドへの不純物添加と熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      陣場成行、鵜殿治彦
    • 学会等名
      第12回日本熱電学術講演会(TSJ2015)
    • 発表場所
      九州大学 春日キャンパス
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 不純物を添加したマグネシウムシリサイド溶液単結晶の熱安定性2015

    • 著者名/発表者名
      大坪 翼、大竹秀明、鵜殿治彦
    • 学会等名
      第12回日本熱電学術講演会(TSJ2015)
    • 発表場所
      九州大学 春日キャンパス
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Mg2Si素子におけるMgOの影響2015

    • 著者名/発表者名
      水戸 洋彦,鵜殿 治彦
    • 学会等名
      第12回日本熱電学術講演会(TSJ2015)
    • 発表場所
      九州大学 春日キャンパス
    • 年月日
      2015-09-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Mg2Si 中への Bi, Sb不純物添加による格子定数と熱伝導率への影響2015

    • 著者名/発表者名
      今野嵩 ,大坪翼 ,鵜殿治彦
    • 学会等名
      シリサイド系半導体と関連物質研究会 第16回夏の学校
    • 発表場所
      九州大学 山の家
    • 年月日
      2015-07-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Bi and Sb dopant on lattice thermal conductivity in melt grown Mg2Si2015

    • 著者名/発表者名
      T.Otsubo,H.Otake,T.Shiga,J.Shiomi,K.Itakura,H.Udono
    • 学会等名
      Material Research Socirty 2015 Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco
    • 年月日
      2015-04-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単相高マンガンシリサイドの結晶性と熱電特性2015

    • 著者名/発表者名
      陣場 成行, 飯岡 優, 板倉 賢, 鵜殿 治彦
    • 学会等名
      2015年応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 簡易合成法で合成したMg2Si結晶の成長速度による結晶性への影響2015

    • 著者名/発表者名
      岡崎 大, 山口 桂汰, 鵜殿 治彦
    • 学会等名
      2015年応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-14
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 四元系Mg2(Si1-x -y) Snx Geyの熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      多田智紀、磯田幸宏、鵜殿治彦、熊谷俊司、篠原嘉一
    • 学会等名
      2014年日本熱電学会講演会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 単相高マンガンシリサイドの溶液成長と熱電特性2014

    • 著者名/発表者名
      陣場成行、飯岡 優、石田大輔、鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年日本熱電学会講演会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Bi,Sb添加Mg2Si結晶の格子熱伝導率の低減による熱電性能の改善2014

    • 著者名/発表者名
      大坪 翼、大竹秀明、鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年日本熱電学会講演会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 簡易合成法による溶融Mg2Si中の不純物の偏析と熱電特性への影響2014

    • 著者名/発表者名
      岡﨑 大、鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年日本熱電学会講演会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2014-09-29 – 2014-09-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Bi,Sb不純物がMg2Si結晶の熱電特性に及ぼす影響2014

    • 著者名/発表者名
      大坪翼,大竹秀明,鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 簡易合成法で成長した溶融Mg2Si中のSb不純物分布2014

    • 著者名/発表者名
      岡崎大,鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Sb,Bi不純物添加によるマグネシウムシリサイド格子熱伝導率の低減効果2014

    • 著者名/発表者名
      大竹秀明,大坪翼,志賀拓麿,塩見淳一郎,鵜殿治彦
    • 学会等名
      2014年応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Sb distribution on thermoelectric property in melt-grown Mg2Si2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Okazaki, Kaoru Kambe, and Haruhiko Udono
    • 学会等名
      ICSS-Silicide 2014
    • 発表場所
      東京理科大
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Bi and Sb impurity on thermal conductivity in melt grown Mg2Si2014

    • 著者名/発表者名
      H. Otake, T. Otsubo, S. Hasunuma, M. Itakura, H. Udono
    • 学会等名
      ICSS-Silicide 2014
    • 発表場所
      東京理科大
    • 年月日
      2014-07-20 – 2014-07-21
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] シリサイド半導体の結晶成長とデバイス応用

    • 著者名/発表者名
      鵜殿治彦
    • 学会等名
      電子情報通信学会 電子デバイス研究会
    • 発表場所
      浜松
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric Properties of p-type Mg2Si0.25Sn0.75 doped with sodium acetate and metallic sodium

    • 著者名/発表者名
      Satoki Tada, Yukihiro Isoda, Haruhiko Udono, Hirofumi Fujiu, Shunji Kumagai, Yoshikazu Shinohara
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Effect of impurity co-doping in melt grown Mg2Si crystals

    • 著者名/発表者名
      Shin Hasunuma, Hideaki Otake, Daisuke Ishida, Yukihiro Isoda, Masahito Uchikoshi, Haruhiko Udono
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] A convenient melt-growth method for thermoelectric grade Mg2Si

    • 著者名/発表者名
      Kaoru Kambe, Haruhiko Udono
    • 学会等名
      The 32nd International Conference on Thermoelectrics
    • 発表場所
      神戸
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Preparation and Thermoelectric Propertics of Mg2Si0.9-xSnxGe0.1

    • 著者名/発表者名
      S.Tada, Y.Isoda, H.Udono, H.Fujiu, S.Kumagai, Y.Shinohara
    • 学会等名
      APAC-Silicide 2013 (Asia-Pacific Conference on Green Technology with Silicides and Related Materials)
    • 発表場所
      つくば
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 簡易合成法による溶融Mg2Siの合成と熱電特性

    • 著者名/発表者名
      神戸薫、鵜殿治彦
    • 学会等名
      第10回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 溶融結晶 Mg2Si への Sb-Au 共添加効果

    • 著者名/発表者名
      大竹秀明 ,蓮沼 慎 ,神戸 薫 ,鵜殿治彦 ,磯田幸宏 ,打越雅仁
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 融液成長Mg2Si結晶へのBi,Sb添加による格子と熱伝導率への影響

    • 著者名/発表者名
      大竹秀明,蓮沼慎,鵜殿治彦
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春期学術講演会
    • 発表場所
      神奈川
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [図書] シリサイド系半導体の科学と技術-資源・環境時代の新しい半導体と関連物質-2014

    • 著者名/発表者名
      鵜殿治彦(前田佳均 編著)
    • 出版者
      裳華房
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] 熱電変換材料 実用・活用を目指した設計と開発2014

    • 著者名/発表者名
      鵜殿治彦(分担執筆)
    • 出版者
      情報機構
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2013-05-21   更新日: 2019-07-29  

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