| 研究課題/領域番号 |
15K06520
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
谷 淳一 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究主任 (20416324)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 熱電材料 / 酸化物還元法 / 複合材料 / 輸送特性 / 第一原理計算 / 環境半導体 |
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| 研究実績の概要 |
Mg系半導体は、資源豊富、軽量、安価であることから、熱電変換材料、太陽電池、赤外線センサーなどへの応用が期待されている。2016年以降、Tamakiら、Zhangらにより、高性能n型Mg3(Sb,Bi,Te)2が発見され、既存の代表的な熱電材料の特性を凌駕することが報告されている。本年度は、新規なMg系半導体として、Ⅱ-V族のMg3Sb2に着目し、MgとSbの混合粉末からパルス通電加圧焼結法による1段階プロセスでのMg3Sb2の反応焼結を試みた。また、これまで検討を継続してきたマグネシウムスタナイド(Mg2Sn)の焼結体および粉末にレーザ照射を行い、その照射条件と微細組織の関係について検討を行った。
１．パルス通電加圧焼結法により、MgとSbの混合粉末から1段階プロセスで緻密なMg3Sb2焼結体を作製することに成功した。不純物元素を添加しない場合は、n型半導体の特性を示した。Si、Ge、SnなどのIV族元素を添加した時p型となり、不純物元素がSbサイトに置換し、ドーパントとして機能したと考えられる。一方、Teを添加した時n型となり、電子濃度は10^19cm-3台まで上昇し、電気抵抗率を大幅に低減させることができることが分かった。Te 5 mol%を添加したMg3Sb2の熱電無次元性能指数(ZT)は1.24 (768 K)の値を示し、Biを全く添加しないMg3Sb2においても、高い熱電特性を示すことが明らかとなった。
２． Mg2Sn粉末をアルミナ基板上に固定し、Ybファイバーレーザ（波長：1070nm）を用いてレーザ焼結（Ar雰囲気中、出力5W、速度5mm/s、スポット径20μm、線間隔100μmの格子パターン）を行い、Mg2Sn厚膜を作製することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度、レーザ光照射によるマグネシウム系熱電半導体の作製および表面改質を行った。再現性のある実験データを得るための条件検討に当初予定していた計画以上の時間を要し、一部の実験を延長せざるを得ない状況となった。しかし、当初で計画していたMg2Sn粉末のレーザ焼結には本年度成功しており、引き続き検討を行う。
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| 今後の研究の推進方策 |
マグネシウム系熱電半導体へのレーザ光照射の追加実験実施し、微細組織と熱電特性との相関に関してさらに検討を進める。データの再現性等を確立した後、査読のある学術誌に論文投稿を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
レーザ実験の条件検討に当初の予定より時間がかかったため、予定していた一部の実験が実施できなかったため。
（使用計画）
次年度に追加で行う実験の消耗品代、論文投稿の英文校閲費用、投稿費用に使用する計画である。
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