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