IV族混晶バンドエンジニアリングを基軸とした巨大熱電能の制御とデバイス応用

本年度得られた主な成果を以下に纏める。●熱起電力・電気伝導率同時計測システムの環境整備：昨年度導入した計測システムおよび室温復帰ヒーターを遠隔操作できるよう計測プログラムの修正やネットワーク環境を整備した。PCやスマートフォンからでも随時生データを確認し、測定条件を変更できるようにするなど効率的に測定できるよう改善した。●様々なIV族混晶薄膜へ低温熱電物性評価：表面清浄化した高抵抗 Si(001)基板上に、RFスパッタリング法を用いてSi1-xSnx薄膜(Sn 組成:3%、膜厚:55 nm)をエピタキシャル成長した。リンをイオン注入後(加速電圧:10 kV、ドー ズ: 7.5E14 cm-2)、窒素雰囲気中で熱処理(600 °C、1 min)を施し、下地基板からの結晶回復を試みた。Hall 電子濃度が1E19 cm-3程度のSi1-xSnx薄膜を選別し、熱起電力(S)測定を行った。これまでの報告では、高濃度にドーピングされたSiバルク単結晶では、|S|が温度の減少と共に単調減少している。一方、Si1-xSnx薄膜では、フォノンドラッグ起因と考えられる巨大な |S|のピークが25 K付近に得られ、その裾野は300 Kにまで及ぶ。また興味深いことに、Ge1-xSnx薄膜で得られた|S|のピーク位置と比較し、約10 K室温側にシフトしている。これは、Si1-xSnx 薄膜あるいは下地に用いたSi基板がより高いデバイ温度を有することを反映しているためだと考えられる。

本年度得られた主な成果を以下に纏める。●熱起電力・電気伝導率同時計測システムの環境整備：昨年度導入した計測システムおよび室温復帰ヒーターを遠隔操作できるよう計測プログラムの修正やネットワーク環境を整備した。PCやスマートフォンからでも随時生データを確認し、測定条件を変更できるようにするなど効率的に測定できるよう改善した。●様々なIV族混晶薄膜へ低温熱電物性評価：表面清浄化した高抵抗 Si(001)基板上に、RFスパッタリング法を用いてSi1-xSnx薄膜(Sn 組成:3%、膜厚:55 nm)をエピタキシャル成長した。リンをイオン注入後(加速電圧:10 kV、ドー ズ: 7.5E14 cm-2)、窒素雰囲気中で熱処理(600 °C、1 min)を施し、下地基板からの結晶回復を試みた。Hall 電子濃度が1E19 cm-3程度のSi1-xSnx薄膜を選別し、熱起電力(S)測定を行った。これまでの報告では、高濃度にドーピングされたSiバルク単結晶では、|S|が温度の減少と共に単調減少している。一方、Si1-xSnx薄膜では、フォノンドラッグ起因と考えられる巨大な |S|のピークが25 K付近に得られ、その裾野は300 Kにまで及ぶ。また興味深いことに、Ge1-xSnx薄膜で得られた|S|のピーク位置と比較し、約10 K室温側にシフトしている。これは、Si1-xSnx 薄膜あるいは下地に用いたSi基板がより高いデバイ温度を有することを反映しているためだと考えられる。