プラズマ法,クラスタ-法で作成したSi系熱電材料の特性

(1)試料作成と熱電特性10%SiH_4/H_2ー5%B_2H_6/H_2ー5%PH_3/H_2の高周波プラズマCVDおよびFeのリアクティブスパッタリングにより試料を作成した。さらに、試料はAr雰囲気中1100℃から1350℃の間でホ-ルド法とフラッシュ法により熱処理した。aーSi:B:P(50:1:2)試料の抵抗は熱処理温度上昇とともに減少し、測定温度に対しても減少した。1100℃2分間のホ-ルド試料の抵抗の温度依存は大きく、1200℃熱処理では依存性は小さくなった。熱電能は測定温度とともに順次増大した。その値は800℃でー300μV/K程度であるが、高温でもなお増加が見られた。aーSi:B:P(20:1:2)試料の抵抗は前の試料とほぼ同じ温度依存性を示した。1200℃フラシュ試料の熱電能はnータイプを示し、測定温度の上昇とともにゆっくり増加するが、その後、急激に増加した。1000℃での熱電能はー500μ/V/Kを示し、1100℃まで維持された。これに対して、1200℃3分間ホ-ルド試料は逆にpータイプとなり、600℃近辺で最大約700μV/Kを示し、1000℃では300μV/Kに減少した。aーSi:B:P:Fe(25:8:16:x)試料の抵抗は金属的傾向を示し、2.5分間熱処理した試料の熱電能は1000℃付近でなおー600μV/Kを示した。(2)非晶質材料の熱電特性シュミレ-ション非晶質化、不純物の影響を考慮した場合の抵抗、熱電能のシュミレ-ションを価電子バンド、移動度端、不純物バンドの3つの伝導について行なった。高温域の伝導度は各パスに大きな差は生じないが、熱電能はバンド伝導と、バンド端の温度依存が大きく、いずれも高温で急激に減少した。しかし、不純物バンドでは全体に緩やかな依存性を示し、その分、高温域での熱電能全体の減少を押さえる働きになっている。先のデ-タの高温側での挙動はこの不純物バンド効果が加味されており、エネルギ-ギャプ内に局在準位を形成し、Fermi準位を深い位置にピン止めして高温まで熱電能が維持されることが予想された。

(1)試料作成と熱電特性10%SiH_4/H_2ー5%B_2H_6/H_2ー5%PH_3/H_2の高周波プラズマCVDおよびFeのリアクティブスパッタリングにより試料を作成した。さらに、試料はAr雰囲気中1100℃から1350℃の間でホ-ルド法とフラッシュ法により熱処理した。aーSi:B:P(50:1:2)試料の抵抗は熱処理温度上昇とともに減少し、測定温度に対しても減少した。1100℃2分間のホ-ルド試料の抵抗の温度依存は大きく、1200℃熱処理では依存性は小さくなった。熱電能は測定温度とともに順次増大した。その値は800℃でー300μV/K程度であるが、高温でもなお増加が見られた。aーSi:B:P(20:1:2)試料の抵抗は前の試料とほぼ同じ温度依存性を示した。1200℃フラシュ試料の熱電能はnータイプを示し、測定温度の上昇とともにゆっくり増加するが、その後、急激に増加した。1000℃での熱電能はー500μ/V/Kを示し、1100℃まで維持された。これに対して、1200℃3分間ホ-ルド試料は逆にpータイプとなり、600℃近辺で最大約700μV/Kを示し、1000℃では300μV/Kに減少した。aーSi:B:P:Fe(25:8:16:x)試料の抵抗は金属的傾向を示し、2.5分間熱処理した試料の熱電能は1000℃付近でなおー600μV/Kを示した。(2)非晶質材料の熱電特性シュミレ-ション非晶質化、不純物の影響を考慮した場合の抵抗、熱電能のシュミレ-ションを価電子バンド、移動度端、不純物バンドの3つの伝導について行なった。高温域の伝導度は各パスに大きな差は生じないが、熱電能はバンド伝導と、バンド端の温度依存が大きく、いずれも高温で急激に減少した。しかし、不純物バンドでは全体に緩やかな依存性を示し、その分、高温域での熱電能全体の減少を押さえる働きになっている。先のデ-タの高温側での挙動はこの不純物バンド効果が加味されており、エネルギ-ギャプ内に局在準位を形成し、Fermi準位を深い位置にピン止めして高温まで熱電能が維持されることが予想された。