プラズマ粉体処理によるミクロ傾斜機能構造を有する熱電材料セラミックスの開発

本研究では,熱電変換セラミックスの粒界・界面にミクロ傾斜機能構造を形成して,熱電性能を向上させることを目的とした。本年度は,熱電変換材料セラミックスの粒界に不純物をド-ピングすることによる粒界・界面でのポテンシャル障壁の制御を目的として,B_2H_6プラズマ処理したSiGe粉体を用いたセラミックスを放電プラズマ焼結法により作製し,その熱電気的特性を調べた。また,BをドープしたSiGe粉体をSiH_4プラズマ中で処理することにより,SiGeセラミックスの粒界にSiGeよりバンドギャップの大きなSiリッチ層を設け,エネルギー・フィルタリング効果による熱電性能向上についても研究を行った。1.B_2H_6プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,キャリア(正孔)密度pが10^<20>cm^3に達するほどまでBをドープすることができ,大幅に電気伝導率σを向上させることができた。これらの試料の移動度μの測定から,粒界でのポテンシャル障壁φを見積もり,pが増加するにつれて,φが単調に減少することを明らかにした。しかし,粒界にBが偏析した構造もつ焼結がまだ行われていないために,プラズマ処理した試料と未処理試料とでは,ポテンシャル障壁φの高さには違いが見られなかった。2.SiH_4プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,粒界に形成されたSiリッチ層によるポテンシャル障壁によって,低エネルギーキャリアの伝導が阻害されるエネルギー・フィルタリング効果によるものと考えられるゼ-ベック係数Sの増大が観測された。以上の結果から,プラズマ粉体処理により,熱電変換材料セラミックスの粒界・界面に微細構造を制御して,熱電性能の向上が図られることが可能であることがわかった。

本研究では,熱電変換セラミックスの粒界・界面にミクロ傾斜機能構造を形成して,熱電性能を向上させることを目的とした。本年度は,熱電変換材料セラミックスの粒界に不純物をド-ピングすることによる粒界・界面でのポテンシャル障壁の制御を目的として,B_2H_6プラズマ処理したSiGe粉体を用いたセラミックスを放電プラズマ焼結法により作製し,その熱電気的特性を調べた。また,BをドープしたSiGe粉体をSiH_4プラズマ中で処理することにより,SiGeセラミックスの粒界にSiGeよりバンドギャップの大きなSiリッチ層を設け,エネルギー・フィルタリング効果による熱電性能向上についても研究を行った。1.B_2H_6プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,キャリア(正孔)密度pが10^<20>cm^3に達するほどまでBをドープすることができ,大幅に電気伝導率σを向上させることができた。これらの試料の移動度μの測定から,粒界でのポテンシャル障壁φを見積もり,pが増加するにつれて,φが単調に減少することを明らかにした。しかし,粒界にBが偏析した構造もつ焼結がまだ行われていないために,プラズマ処理した試料と未処理試料とでは,ポテンシャル障壁φの高さには違いが見られなかった。2.SiH_4プラズマ処理したSiGeセラミックスに関しては,粒界に形成されたSiリッチ層によるポテンシャル障壁によって,低エネルギーキャリアの伝導が阻害されるエネルギー・フィルタリング効果によるものと考えられるゼ-ベック係数Sの増大が観測された。以上の結果から,プラズマ粉体処理により,熱電変換材料セラミックスの粒界・界面に微細構造を制御して,熱電性能の向上が図られることが可能であることがわかった。