強相関Co系化合物半導体の熱電デバイス化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14205095
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 梶谷 剛 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80134039)
• 研究分担者: 宮崎 譲 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40261606) ; 小野 泰弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30211832) ; 社本 真一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90235698) ; 渡辺 龍三 東北大学, 教育情報学研究部, 教授 (20005341) ; 後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60125549)
• キーワード: Na-Co-O系熱電半導体 / Ca-Co-O系熱電半導体 / レーザーアブレーション法 / コンビナトリアル法 / 複合結晶 / 高次元構造解析 / ゼーベック係数 / 中性子回析測定

研究概要

1.本補助金により、前年度にレーザーアブレーション装置を購入し、多層薄膜熱電デバイスの創製と性能評価を開始している。本年度は多層膜の膜圧制御や高品質化を目指した研究を行った。膜形成する試料には酸化物のみならず、金属間化合物やシリコン系半導体もある。
2.本年度には本補助金により、自動分注機Target Plate Spotter01を購入し、溶液法のコンビナトリアル法により、一度に64種類の三元系(硝酸塩)混合溶液を作り、これを乾燥・焼成して酸化物熱電半導体試料を得た。800℃におけるBi-Sr-Co系酸化物の状態図を完成すると共に、「Bi_<0.87>SrO_2」_2(CoO_2)_<1.82>相付近の化学組成を探索して化学的安定性がさらに高い、[Bi_<0.72>Co_<0.15>SrO_2][CoO_2]_<1.82>の組成をもった相を発見した。
3.充填Skutterudite, Ba_<0.1>CoSb_3,のphonon状態密度について、本グループが独自に測定している中性子非弾性散乱結果と共同研究者らが行ったバンド理論による計算の結果を比較した。この研究の成果は2003年7月末にフランスで開かれた国際会畿で発表されている。
4.Co-121系酸化物熱電半導体に関するドープ効果について系統的な研究を行って熱電性能が最適となる組成を研究し、その成果を2003年7月末にフランスで開かれた国際会議で発表した。
5.組成によっては超伝導性を有するLadder系銅酸化物にCoを一部置換して熱電性能を測定した。化学組成を最適化し、精密構造解析も行い、熱電性能が電気伝導面の凹凸に関係していることを発見した。この研究成果は国際会議IUMRS-ICAM2003で公表されている。
6.本研究の共同研究者である金属材料研究所の後藤孝教授と共同で'熱電半導体の高性能化'と題する研究会を平成15年11月13日と14日に開催し、この分野で活躍中の研究者、約20名の参加を見た。2日間の研究会への参加者はおよそ50名だった。研究会では酸化物のみならず、B系化合物半導体やGe系クラスレート化合物などの研究も紹介され、活発な討論が行われた。

研究成果

• [文献書誌] 宮崎譲, 小野泰弘, 梶谷剛他: "Modulated Structure of Misfit-Layered Cobalt Oxide [Ca_2(Ca_<0.65>Cu_<0.35>)_2 O_4]_<0.63>CoO_2"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 7467-7473 (2003)
• [文献書誌] 梶谷剛, 小野泰弘, 宮崎譲他: "Phonon DOS of filled Skutterudite Ba_<0.1>CoSb_3"Proc.ICT2003, Aug.,17-21, LeGrandeMotte, France. 81-84 (2003)
• [文献書誌] 宮崎譲, 梶谷剛他: "Effect of 3d-Transition Metal Substitution on the Thermoelectric Properties of the Misfit-Layered Cobalt Oxide [Ca_2CoO_3]_pCoO_2"Proc.ICT2003, Aug.,17-21, LeGrandeMotte, France. 203-206 (2003)
• [文献書誌] 田山俊介, 宮崎譲, 梶谷剛: "Thermoelectric properties of ladder-type oxide[Sr_<1-x>Ca_x]_2CuO_3]γ[Cu_<1-y>Co_yO_2]"Proc.IUMRS-ICAM2003, Oct.12,13, Yokohama, Japan. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 小野泰弘, 宮崎譲, 梶谷剛他: "Thermoelecric properties of Ca-doped γ-Na_xCoO_2"Proc.IUMRS-ICAM2003, Oct.12,13, Yokohama, Japan. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 小野泰弘, 梶谷剛他: "Transport properties of undoped and Sb-doped half-Heusler compouds NbCoSn"Proc.IUMRS-ICAM2003, Oct.12,13, Yokohama, Japan. (印刷中). (2003)