シリサイド環境半導体材料による固体コジェネレーション素子の開発

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本研究は、省資源・省エネルギー・環境低負荷等を視野に入れたシリサイド環境半導体である熱電変換材料マグネシウム・シリサイド(Mg_2Si)を対象としている。本研究の目的は以下に示すものである。(1).Mg_2Siバルクの基礎物性・キャリア伝導機構の解明(2).Mg_2Siの最適な製造プロセスおよび熱電変換モジュール作製に合わせた任意形状結晶育成法の開発。これらをふまえ,当該年度は,(1).任意形状結晶育成法によるMg_2Siへの不純物導入とp形・n形導電性の制御(2).結晶学的、電気的物性、熱電特性の研究について基礎的な所見を得ることを主として行った。その結果,以下に示す知見が得られた。(1).任意形状結晶育成法において、特定の物質をるつぼ内壁へコーティングすることにより融液の「濡れない」環境が顕著となり,単結晶Mg_2Si試料作製の条件が明らかとなった。(2).このるつぼ内壁へのコーティング材から結晶育成時におけるMg_2Siへの不純物の混入はほぼ無く、高純度なバルクMg_2Siの育成が可能となった。(3).従来は難しいとされていたp形Mg_2Siの育成について、不純物種を変え導入実験を行い、特定の不純物においてドーピング特性に優れることが見いだされた。(4).任意形状結晶育成法において、原材料の装填状態と育成結晶の熱伝導特性に相関のあることが見いだされた。これら知見は,再現性良くp形・n形のキャリア伝導を制御しつつ,高品質な一体成型Mg_2Siバルク多結晶を製作するプロセス上重要であり,高効率・高性能熱電変換素子の試作につながるものであると考えられる。