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薄膜積層型垂直熱電発電デバイスの形成と走査型プローブ顕微鏡による電位分布解析

薄膜堆叠垂直温差发电装置的形成及扫描探针显微镜电位分布分析

基本信息

批准号：
21K04629
负责人：
有田誠
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04629/
关键词：
熱電発電半導体薄膜熱電材料

项目摘要

本年度は、多層化に向けての第一段階としてn-Si薄膜/p-Si薄膜2層接合構造をRFマグネトロンスパッタリング法により作製し、さらにいくつかのパターンで金属電極をスパッタリング法により薄膜形成し、p/n2層構造による熱電発電デバイス化を試みた。これらのデバイスにおいて、温度勾配を与えた際に取り出せる起電力・電流・最大電力の検証を行った。また、堆積面積の異なるp-Si薄膜とn-Si薄膜により構成される垂直熱電発電積層試料を作製し、様々な温度条件で温度勾配を付与し、異なる温度分布における試料面内方向のp-Si領域およびn-Si領域における電位分布と温度分布等の熱電発電特性の違いを詳細に調査した。合わせてn-Si薄膜/p-Si薄膜2層試料について、その電気抵抗率と形状を用いてモデル化し、温度勾配のない無起電力時における外部印加電流と試料内に生じる電位の分布を有限要素法シミュレーションによって解析し、デバイス化時において効率的に電流を取り出すための電極位置に関する情報を得た。また、実際の電流-電圧測定の結果と比較し、その整合性について検討した。これらn-Si薄膜/p-Si薄膜2層構造から成るデバイスの熱電発電特性は、p-Si薄膜とn-Si薄膜間の等電位点の位置により大きく左右されることが示唆された。また、ケルビンフォース顕微鏡による観察のための試料ステージを試作し、作製した2層p-Si薄膜/n-Si薄膜接合試料をへき開した断面の表面電位分布測定を行った。

This year, the first stage of multi-layer film formation and p/n2-layer structure of thermoelectric devices were tested. For example, the temperature setting and the starting power, the current and the maximum power are selected. In addition, the thermoelectric characteristics of the vertical thermoelectric multilayer sample were investigated in detail, such as temperature distribution, potential distribution, temperature distribution, etc., in the in-plane direction of the sample, in the p-Si region and in the n-Si region. The n-Si thin film/p-Si thin film two-layer sample is analyzed by finite element method, and the electrical resistivity and shape of the sample are obtained by using the finite element method. The results of current and voltage measurements are compared and discussed in detail. The thermoelectric properties of n-Si/p-Si films with two-layer structure are different from those of p-Si films and n-Si films. The surface potential distribution of the sample was measured by the micro-mirror and the two-layer p-Si film/n-Si film bonding sample was prepared.