JP3079265B1 - 金属間化合物融液を用いた高融点シリサイド結晶成長法 - Google Patents
金属間化合物融液を用いた高融点シリサイド結晶成長法Info
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- JP3079265B1 JP3079265B1 JP11248700A JP24870099A JP3079265B1 JP 3079265 B1 JP3079265 B1 JP 3079265B1 JP 11248700 A JP11248700 A JP 11248700A JP 24870099 A JP24870099 A JP 24870099A JP 3079265 B1 JP3079265 B1 JP 3079265B1
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Abstract
【要約】
【課題】 高性能熱電デバイスに好適に用い得る大型・
高品質のシリサイドバルク結晶、特にβ−ＦｅＳｉ2 結
晶を液相から成長する方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板と高温に保持した金属間化
合物融液とを反応させてシリサイド結晶を得る高融点シ
リサイド結晶成長法である。金属間化合物として鉄アン
チモン化合物を用いて、大型で高品質のβ−ＦｅＳｉ2
結晶を生成することができる。
高品質のシリサイドバルク結晶、特にβ−ＦｅＳｉ2 結
晶を液相から成長する方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板と高温に保持した金属間化
合物融液とを反応させてシリサイド結晶を得る高融点シ
リサイド結晶成長法である。金属間化合物として鉄アン
チモン化合物を用いて、大型で高品質のβ−ＦｅＳｉ2
結晶を生成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリサイド結晶成
長法に係り、特に大型・高品質のシリサイドバルク結晶
を作製する方法に関する。
長法に係り、特に大型・高品質のシリサイドバルク結晶
を作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリサイド材料は熱電変換効率が高く、
熱電デバイスへの応用が期待される材料として知られて
いる。しかしながらシリサイドは融点が高く、しかも異
なる組成比、異なる結晶構造を有する多くの相が存在す
るので、デバイスへの応用に必要な大きさを有するとと
もに優れた品質の結晶を作製することが困難である。
熱電デバイスへの応用が期待される材料として知られて
いる。しかしながらシリサイドは融点が高く、しかも異
なる組成比、異なる結晶構造を有する多くの相が存在す
るので、デバイスへの応用に必要な大きさを有するとと
もに優れた品質の結晶を作製することが困難である。
【０００３】現在まで、シリサイド結晶は一般に焼結法
により作製されているものの、この方法で作製された結
晶は品質が劣っており、デバイスの性能劣化を引き起こ
している。最近では、化学輸送法により結晶品質の良好
な結晶が作製されているが、熱電デバイス応用に必要な
大きさを有する結晶を作製することができない。
により作製されているものの、この方法で作製された結
晶は品質が劣っており、デバイスの性能劣化を引き起こ
している。最近では、化学輸送法により結晶品質の良好
な結晶が作製されているが、熱電デバイス応用に必要な
大きさを有する結晶を作製することができない。
【０００４】このように、熱電デバイスに応用可能な大
型で高品質のシリサイド結晶を作製する方法は、未だ得
られていないのが現状である。
型で高品質のシリサイド結晶を作製する方法は、未だ得
られていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、シリ
サイドは熱電材料として期待される材料であるものの、
Ｆｅ−Ｓｉ系シリサイドは複雑な相図を示す。特にβ−
ＦｅＳｉ2 の成長を伴う場合には、高温側に異なる相
（α相）が存在するため液相からの成長が困難である。
サイドは熱電材料として期待される材料であるものの、
Ｆｅ−Ｓｉ系シリサイドは複雑な相図を示す。特にβ−
ＦｅＳｉ2 の成長を伴う場合には、高温側に異なる相
（α相）が存在するため液相からの成長が困難である。
【０００６】そこで本発明は、高性能熱電デバイスに好
適に用い得る大型・高品質のシリサイドバルク結晶、特
にβ−ＦｅＳｉ2 結晶を液相から成長する方法を提供す
ることを目的とする。
適に用い得る大型・高品質のシリサイドバルク結晶、特
にβ−ＦｅＳｉ2 結晶を液相から成長する方法を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、シリコン基板と高温に保持した金属間化
合物融液とを反応させてシリサイド結晶を得る高融点シ
リサイド結晶成長法を提供する。
に、本発明は、シリコン基板と高温に保持した金属間化
合物融液とを反応させてシリサイド結晶を得る高融点シ
リサイド結晶成長法を提供する。
【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】本発明の方法は、金属間化合物融液を用い
てシリサイド結晶を成長させるものである。ここで用い
る金属間化合物は、シリサイドを構成する金属と、単体
で蒸気圧が高いまたは表面偏析しやすい元素とを含むも
のであり、次のような特性を有していることが求められ
る。
てシリサイド結晶を成長させるものである。ここで用い
る金属間化合物は、シリサイドを構成する金属と、単体
で蒸気圧が高いまたは表面偏析しやすい元素とを含むも
のであり、次のような特性を有していることが求められ
る。
【００１０】（１）シリサイドよりも生成エネルギーが
小さい。
小さい。
【００１１】（２）実際的なシリサイドの成長温度で安
定である。
定である。
【００１２】（３）Ｓｉを含む化合物を形成しない。
【００１３】（４）シリサイドとの界面での結晶格子の
対称性がよい。
対称性がよい。
【００１４】こうした金属間化合物に関して鋭意検討し
た結果、本発明者らは、Ｆｅ−Ｓｂ系金属間化合物につ
いて次のような知見を得た。
た結果、本発明者らは、Ｆｅ−Ｓｂ系金属間化合物につ
いて次のような知見を得た。
【００１５】Ｆｅ−Ｓｂ系金属間化合物は、Ｓｂ過剰な
領域において液相線に沿って平衡温度が低下し、６２８
℃から７２８℃程度の温度領域でＦｅＳｂ2 と平衡した
Ｆｅ−Ｓｂ融液が存在する。この温度領域は、ＦｅＳｉ
2 のβ相として安定な温度領域であるので、Ｆｅ−Ｓｂ
融液を用いることによりＳｉ基板上にβ−ＦｅＳｉ2を
成長することが可能となる。
領域において液相線に沿って平衡温度が低下し、６２８
℃から７２８℃程度の温度領域でＦｅＳｂ2 と平衡した
Ｆｅ−Ｓｂ融液が存在する。この温度領域は、ＦｅＳｉ
2 のβ相として安定な温度領域であるので、Ｆｅ−Ｓｂ
融液を用いることによりＳｉ基板上にβ−ＦｅＳｉ2を
成長することが可能となる。
【００１６】すなわち、本発明者らは使用する金属間化
合物と成長温度とを適切に選択することによって、低温
でのシリサイドの液相成長を容易に行うことができるこ
とを初めて見出して本発明の結晶成長法を得た。
合物と成長温度とを適切に選択することによって、低温
でのシリサイドの液相成長を容易に行うことができるこ
とを初めて見出して本発明の結晶成長法を得た。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、具体例を示して本発明をさ
らに詳細に説明する。
らに詳細に説明する。
【００１８】真空槽に保持された準閉管容器中に、シリ
コン基板と鉄アンチモン化合物とを充填して６８０℃で
所定時間保持し、これらを反応させることにより鉄シリ
サイドを生成させた。なお、鉄およびアンチモンは、シ
リコン基板と反応する際に金属間化合物融液の状態であ
ればよいので、これらを別個の原料として準閉管容器に
供給することもできる。
コン基板と鉄アンチモン化合物とを充填して６８０℃で
所定時間保持し、これらを反応させることにより鉄シリ
サイドを生成させた。なお、鉄およびアンチモンは、シ
リコン基板と反応する際に金属間化合物融液の状態であ
ればよいので、これらを別個の原料として準閉管容器に
供給することもできる。
【００１９】３時間の熱処理を行うことによって生成し
た結晶の断面の顕微鏡写真を図１に示す。成長時間３時
間では、シリコン基板の周辺に鉄シリサイドが生成して
いるのが確認される。これは、固定シリコンがわずかに
融液中に溶解して、融液中の鉄と反応した結果である。
た結晶の断面の顕微鏡写真を図１に示す。成長時間３時
間では、シリコン基板の周辺に鉄シリサイドが生成して
いるのが確認される。これは、固定シリコンがわずかに
融液中に溶解して、融液中の鉄と反応した結果である。
【００２０】図２には、６時間の熱処理を行うことによ
って生成した結晶の断面の顕微鏡写真を示す。この場合
には、準閉管容器中に充填したシリコン基板が鉄アンチ
モン化合物融液との反応により全て消費されて、鉄シリ
サイドが生成していることがわかる。
って生成した結晶の断面の顕微鏡写真を示す。この場合
には、準閉管容器中に充填したシリコン基板が鉄アンチ
モン化合物融液との反応により全て消費されて、鉄シリ
サイドが生成していることがわかる。
【００２１】また、１２時間の熱処理を行うことによっ
て生成した結晶のＸ線回折スペクトルを図３に示す。図
３のスペクトルから、１２時間の熱処理で生成した鉄シ
リサイド相には、β−ＦｅＳｉ2 相のみが存在している
ことがわかる。この１２時間の熱処理後の結晶は約５ｍ
ｍ角の塊状を有しており、本発明の方法により塊状のβ
−ＦｅＳｉ2 を生成可能であることが確認された。この
ように大型で高品質のβ−ＦｅＳｉ2 は、熱電デバイス
に好適に用いることができる。
て生成した結晶のＸ線回折スペクトルを図３に示す。図
３のスペクトルから、１２時間の熱処理で生成した鉄シ
リサイド相には、β−ＦｅＳｉ2 相のみが存在している
ことがわかる。この１２時間の熱処理後の結晶は約５ｍ
ｍ角の塊状を有しており、本発明の方法により塊状のβ
−ＦｅＳｉ2 を生成可能であることが確認された。この
ように大型で高品質のβ−ＦｅＳｉ2 は、熱電デバイス
に好適に用いることができる。
【００２２】本発明の方法においては、原料の総充填
量、容器の寸法や形状を変更することによって、任意の
寸法や形状の結晶を作製することが可能であり、例え
ば、容器の寸法を大きくすれば、より大きな結晶（〜１
０ｃｍ）を作製することができる。また、容器の形状を
変更することによって、棒状やディスク状といった任意
の形状の結晶を作製することができる。具体的には、１
０φ×１００ｍｍのような円筒状の容器を用いた場合に
は棒状の結晶が得られ、１００φ×１０ｍｍのような皿
状の円筒状の容器を用いた場合には、ディスク状の結晶
を作製することが可能である。
量、容器の寸法や形状を変更することによって、任意の
寸法や形状の結晶を作製することが可能であり、例え
ば、容器の寸法を大きくすれば、より大きな結晶（〜１
０ｃｍ）を作製することができる。また、容器の形状を
変更することによって、棒状やディスク状といった任意
の形状の結晶を作製することができる。具体的には、１
０φ×１００ｍｍのような円筒状の容器を用いた場合に
は棒状の結晶が得られ、１００φ×１０ｍｍのような皿
状の円筒状の容器を用いた場合には、ディスク状の結晶
を作製することが可能である。
【００２３】なお、従来の化学輸送法で作製される結晶
は高々約２φ×１０ｍｍ程度の針状結晶であり、本発明
により極めて大型の結晶が得られることがわかる。従来
の方法では、容器の大きさを変更したところで、より大
きな結晶を作製することはできず、得られる結晶の大き
さは前述の程度である。
は高々約２φ×１０ｍｍ程度の針状結晶であり、本発明
により極めて大型の結晶が得られることがわかる。従来
の方法では、容器の大きさを変更したところで、より大
きな結晶を作製することはできず、得られる結晶の大き
さは前述の程度である。
【００２４】このように、金属間化合物の融点がある組
成範囲で低くなることを利用し、シリコン基板と融液と
を反応させた本発明の方法により、大型・高品質のシリ
サイドバルク結晶を成長させることが可能となった。し
かも、生成した結晶は良好なＸ線回折結果を示してお
り、高性能熱電デバイスの作製に好適に用いることがで
きる。
成範囲で低くなることを利用し、シリコン基板と融液と
を反応させた本発明の方法により、大型・高品質のシリ
サイドバルク結晶を成長させることが可能となった。し
かも、生成した結晶は良好なＸ線回折結果を示してお
り、高性能熱電デバイスの作製に好適に用いることがで
きる。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
大型・高品質のシリサイドバルク結晶、特にβ−ＦｅＳ
ｉ2 結晶を液相から成長する方法が提供される。
大型・高品質のシリサイドバルク結晶、特にβ−ＦｅＳ
ｉ2 結晶を液相から成長する方法が提供される。
【００２６】本発明により大型バルク結晶を作製するこ
とができることに加えて、デバイス応用に必要な不純物
を低温で容易にドープすることが可能となる。本発明
は、高温側に異なる相が存在するような複雑な相図を示
すシリサイドの成長に、特に有効に用いることができ
る。本発明の方法により得られた大型・高品質のシリサ
イドバルク結晶は、熱電発電機、固体冷却器、赤外線セ
ンサーおよび太陽電池等の多くの用途に好適に用いるこ
とができ、その工業的価値は絶大である。
とができることに加えて、デバイス応用に必要な不純物
を低温で容易にドープすることが可能となる。本発明
は、高温側に異なる相が存在するような複雑な相図を示
すシリサイドの成長に、特に有効に用いることができ
る。本発明の方法により得られた大型・高品質のシリサ
イドバルク結晶は、熱電発電機、固体冷却器、赤外線セ
ンサーおよび太陽電池等の多くの用途に好適に用いるこ
とができ、その工業的価値は絶大である。
【図１】本発明の方法により作製されたβ−ＦｅＳｉ2
結晶の断面を表す顕微鏡写真。
結晶の断面を表す顕微鏡写真。
【図２】本発明の方法により作製されたβ−ＦｅＳｉ2
結晶の断面を表す顕微鏡写真。
結晶の断面を表す顕微鏡写真。
【図３】本発明の方法により作製されたβ−ＦｅＳｉ2
結晶のＸ線回折スペクトル図。
結晶のＸ線回折スペクトル図。
フロントページの続き (56)参考文献 松田考司外、「Ｓｂ照射下で成長させ たＭｎＳｉ／Ｓｉ薄膜のＴＥＭによる評 価」、日本結晶成長学会誌，Ｖｏｌ. 25，Ｎｏ．３，1998，ｐ．Ａ21 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板と高温に保持した金属間化
合物融液とを反応させてシリサイド結晶を得る高融点シ
リサイド結晶成長法。 - 【請求項２】 前記金属間化合物は、シリサイドを構成
する金属と、単体で蒸気圧が高いまたは表面偏析しやす
い元素とを含む化合物である請求項１に記載の高融点シ
リサイド結晶成長法。 - 【請求項３】 前記金属間化合物は鉄アンチモン化合物
であり、前記シリサイドはβ−ＦｅＳｉ2 である請求項
１または２に記載の高融点シリサイド結晶成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11248700A JP3079265B1 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 金属間化合物融液を用いた高融点シリサイド結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11248700A JP3079265B1 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 金属間化合物融液を用いた高融点シリサイド結晶成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3079265B1 true JP3079265B1 (ja) | 2000-08-21 |
| JP2001072500A JP2001072500A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=17182042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11248700A Expired - Lifetime JP3079265B1 (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 金属間化合物融液を用いた高融点シリサイド結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3079265B1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5272169B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2013-08-28 | 国立大学法人 東京大学 | β−ＦｅＳｉ２形成方法及び電子デバイス作成方法 |
| JP2014165188A (ja) | 2013-02-21 | 2014-09-08 | Ngk Insulators Ltd | 熱電変換素子 |
| CN109628784B (zh) * | 2018-12-29 | 2020-08-11 | 六盘水师范学院 | 一种高温固相反应法制备FeSb2的方法 |
-
1999
- 1999-09-02 JP JP11248700A patent/JP3079265B1/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 松田考司外、「Ｓｂ照射下で成長させたＭｎＳｉ／Ｓｉ薄膜のＴＥＭによる評価」、日本結晶成長学会誌，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．３，１９９８，ｐ．Ａ２１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001072500A (ja) | 2001-03-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3079265 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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