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技術シーズ
環境発電用シリコン系半導体
○谷
キーワード
淳一* 、⽊⼾博康
シリコン系半導体、熱電変換、 高性能センサー
概 要 マグネシウムシリサイド熱電材料は、低コスト、⾼変換効率、軽量などの⻑所のため、
早期実⽤化が期待されています。⼤阪市⽴⼯業研究所では、⼯業的に⼤⾯積化が可能なマグネト
ロンスパッタ法を⽤いた同材料の薄膜化の研究開発を⾏っており、熱電変換素⼦、⾚外線受光素
子、高性能センサーなどへの応用展開が可能です。
Mg2Si (マグネシウムシリサイド)
熱電変換素子
◆ シリサイド系環境半導体
◆ 低コスト、無害な構成元素
◆ 軽量 1.88 g/cm3
◆ 高キャリア移動度
mn :405 cm2/Vs, mp :65 cm2/Vs
◆ バンドギャップ 0.77 eV
◆ 高熱電変換効率 ZT: ~1.0
(Mg2SixSn1-x、n型、ZT: ~1.5)
自動車
ごみ焼却所・工場など
廃熱
◆ 酸化による性能劣化（>500℃）
◆ 酸と反応 Mg2Si + 4H2O H+
→ 2Mg(OH)2 + SiH4↑
クラーク数
◆ 機械的特性が低い
Others
Mg2Si薄膜の作製
Fe
RFマグネトロンスパッタリング
① Mgターゲット
P型
Mg2Si
N型
Mg2Si
電流
電力
Al
Mg film
Mg
温度差
K Mg
Ca Na
Mg2Si film
熱処理
電流
Si wafer
② Mg2Siターゲット
Si
Mg2Si film
O
未利用熱エネルギーを電気に変換
Si ：2番目、Mg：8番目
Mg2Si薄膜のSEM写真
Mg2Si
③ 複合ターゲット (Mg+Si)
Si
Mg2Si film
Mg
Mg2Si薄膜の電気特性
Sample No. Impurity
Sputtering target area ratio
Substrate
Carrier
temperature
type
Ts
Mg (%)
Si (%)
Impurity
(%)
(K)
Electrical
Carrier
Mobility
resistivity concentration
r
n
-3
m
(Wcm)
(cm )
(cm2/Vs)
1
–
75.8
24.2
–
RT
N
1.42E+02
2.2E+16
2.0
2
–
68.2
31.8
–
RT
N
2.05E+01
5.2E+16
5.9
3
–
75.8
24.2
–
423
N
7.38E+01
3.2E+16
2.7
4
–
75.8
24.2
–
473
N
6.70E+01
5.6E+16
1.7
5
–
75.8
24.2
–
573
N
5.41E+02
5.7E+16
0.2
6
Al
74.5
24.2
1.3
RT
N
8.51E-02
4.2E+19
1.7
7
Bi
75.5
24.2
0.3
RT
N
6.84E-03
3.9E+20
2.4
(地独)⼤阪市⽴⼯業研究所 電⼦材料研究部
*TEL： 06-6963-8081 E-mail： tani＠omtri.or.jp