2001 Fiscal Year Annual Research Report
新規熱電変換材料をめざした秩序ペロフスカイト型酸化物Cd_3TeO_6の研究
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13650732
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
単 躍進 宇都宮大学, 工学部, 助教授 (20272221)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井本 英夫 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20168529)
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| Keywords | 秩序ペロフスカイト型構造 / カドミウム・テルル酸化物 / 電子ドーピング / n型半導体 / 熱電変換材料 |
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| Research Abstract |
最外殻電子状態が共に4d^<10>であるCd^<2+>とTe^<6+>で構成されているCd_3TeO_6は不対電子を持たないため、本来は絶縁性を示すと思われる。しかし、この物質は電子ドーピングにより、高い伝導性を持つようになることが本研究で明らかにした。
本研究では、主に窒素雰囲気中の熱処理によるCd_3TeO_6試料の還元および少量三価陽イオン(In^<3+>またはLa^<3+>、Bi^<3+>)によるCd^<2+>の置換が行い、Cd_3TeO_6への電子ドーピングを試みた。Cd^<2+>を微量In^<3+>またはLa^<3+>で置換し、更に窒素雰囲気下の熱処理で酸素欠損を導入することにより、得られた多結晶体Cd_3TeO_6はいずれも高い電気伝導性を示し、室温での電気抵抗率は数mΩcm程度の低抵抗に達成した。また、それらの電気抵抗率は低い温度依存性を示し、その値は殆ど一定であった。この現象から、電子キャリアが満たされた4d準位の上にある5s軌道の作る空のバンドにドープされたと思われる。得られた試料のホール係数およびゼーベック係数は、測定温度領域においてともに負であることから、この系の電導キャリアが電子であることがわかった。ホール係数および電気抵抗率を用いて、キャリア濃度を算出すると、In置換した試料のキャリア濃度は(7±3)×10^<19>/cm^3であり、無置換試料の約5倍である。Cd_<2.97>In_<0.03>TeO_6試料のパワーファクター(=S^2/ρ)は1.4×10^<-4>Wm^<-1>K^<-2>であり、現在n型熱電変換酸化物の中で最も良いとされたBa_<0.4>Sr_<0.6>PbO_3のと同レベルである(室温:2×10^<-4>Wm^<-1>K^<-2>)。なぜ、電子ドーピングCd_3TeO_6が優れた電気伝導性を示すかと言う理由はまだ良く分からなかったが、A-サイトのCdも含むCd-Oの結合ネットワ、つまりCd5sとO2pのオーバーラップによるものと考えられる。
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