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

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。

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。