JP6551849B2 - 半導体単結晶、及びこれを用いた発電方法 - Google Patents
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Description
AxByC46−y (I)
BaxAuySi46−y (II)
式(II)中、xは7〜8であり、yは3.5〜6であり、y/xは、p型半導体部、真性半導体部、及びn型半導体部の順に高い。
AxByC46−y (I)
BaxAuySi46−y (II)
AxByC46−y (I)
半導体単結晶10dを構成する材料は、半導体単結晶10と同様に上記式(I)で表されるクラスレート化合物であってもよい。ただし、半導体単結晶10dは、n型半導体部及び真性半導体部を有しないことから、上記式(I)におけるxは、7〜8、及びyは5.3〜6又は16〜17である。
<アーク溶融法によるクラスレート化合物の調製>
市販のBa粉末、Au粉末、及びSi粉末(いずれも高純度品)を準備した。これらの粉末を、Ba:Au:Si=8:6:40(モル比)となるように秤量した。秤量した各粉末をCuモールドに入れて、チャンバー内に載置した。チャンバー内をアルゴンガスで置換した後、アーク溶融法によって約2000℃に加熱し、Cuモールド内の粉末を溶融させた。このようにして、クラスレート化合物(Ba8Au6Si40)を調製した。
調製したクラスレート化合物を粉砕して粒状にした後、アルミナ坩堝に入れた。このアルミナ坩堝をチャンバー内に配置した。チャンバー内の圧力が1.5気圧となるようにチャンバー内にアルゴンガスを約0.5L/分で導入しながら、アルミナ坩堝を加熱して、クラスレート化合物を1112℃に加熱して溶融させた。溶融してから1時間経過後に、種結晶として先端にSiを備えたシャフトを、30rpmで回転させながら溶融液の液面に接触させた。そして、クラスレート化合物を1079℃まで降温させながら、シャフトを5mm/時の速度で引き上げた。このようにして、図13に示すような釣鐘形状を有するクラスレート化合物の単結晶を作製した。図13の上方が、チョクラルスキー法の引き上げ方向である。
図13に示すように、単結晶の上方から下方に向かってほぼ同じサイズに切断して、No.1〜7の7つのサンプルを得た。また、単結晶の上下方向に沿って切断して、チョクラルスキー法の引き上げ方向を長手方向とする平板状のNo.8のサンプルを得た。電子線マイクロアナライザ(EPMA−1200(WDX))を用いて、No.1〜7のサンプルの元素分析を行った。このとき、フィラメント電圧は15kVに、フィラメント電流は10nAにそれぞれ設定した。元素分析の測定値を、クラスレート化合物の組成比に換算した。表2に組成比を示す。
市販のBa粉末、Au粉末、及びSi粉末を、Ba:Au:Si=8:8:38(モル比)となるように秤量してCuモールドに入れたこと以外は、実施例1と同様にしてアーク溶融を行ってクラスレート化合物(Ba8Au8Si38)を調製した。調製したクラスレート化合物を用いて、実施例1と同様にして、チョクラルスキー法によって、図18に示すような釣鐘形状を有するクラスレート化合物の単結晶を作製した。図18の上方が、チョクラルスキー法の引き上げ方向である。
市販のBa粉末、Au粉末、及びSi粉末を、Ba:Au:Si=8:8:38(モル比)となるように秤量してCuモールドに入れたこと以外は、実施例1と同様にしてアーク溶融を行ってクラスレート化合物(Ba8Au8Si38)を調製した。調製したクラスレート化合物を用いて、実施例1と同様にして、チョクラルスキー法によって、図23に示すような形状を有するクラスレート化合物の単結晶を作製した。図23の上方が、チョクラルスキー法の引き上げ方向である。
市販のBa粉末、Cu粉末、及びSi粉末を、Ba:Cu:Si=8:6:40(モル比)となるように秤量してCuモールドに入れたこと以外は、実施例1と同様にしてアーク溶融を行ってクラスレート化合物(Ba8Cu6Si40)を調製した。調製したクラスレート化合物を用いて、実施例1と同様にして、チョクラルスキー法によって、図27に示すような形状を有するクラスレート化合物の単結晶を作製した。図27の上方が、チョクラルスキー法の引き上げ方向である。
Claims (14)
- n型半導体部とp型半導体部とこれらの間に真性半導体部とを有し、
前記真性半導体部が、前記n型半導体部及び前記p型半導体部よりも小さいバンドギャップを有し、
200〜500℃に加熱することによって、前記n型半導体部と前記p型半導体部との間に温度差がなくても発電する半導体単結晶。 - クラスレート化合物を含み、
前記クラスレート化合物を構成する少なくとも一種の元素の濃度が、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い、請求項1に記載の半導体単結晶。 - n型半導体部とp型半導体部とこれらの間に真性半導体部とを有し、
前記真性半導体部が、前記n型半導体部及び前記p型半導体部よりも小さいバンドギャップを有し、
下記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含む、半導体単結晶。
AxByC46−y (I)
(式中、Aは、Ba,Na,Sr及びKからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Bは、Au,Ag,Cu,Ni及びAlからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Cは、Si,Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。xは7〜8であり、yは3.5〜6又は11〜17であり、y/xは、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い。) - n型半導体部とp型半導体部とこれらの間に真性半導体部とを有し、
前記真性半導体部が、前記n型半導体部及び前記p型半導体部よりも小さいバンドギャップを有し、
下記式(II)で表わされるクラスレート化合物を含む、半導体単結晶。
BaxAuySi46−y (II)
(式中、xは7〜8であり、yは3.5〜6であり、y/xは、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い。) - 下記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含む、請求項1に記載の半導体単結晶。
A x B y C 46−y (I)
(式中、Aは、Ba,Na,Sr及びKからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Bは、Au,Ag,Cu,Ni及びAlからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Cは、Si,Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。xは7〜8であり、yは3.5〜6又は11〜17であり、y/xは、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い。) - 下記式(II)で表わされるクラスレート化合物を含む、請求項1に記載の半導体単結晶。
Ba x Au y Si 46−y (II)
(式中、xは7〜8であり、yは3.5〜6であり、y/xは、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い。) - n型半導体部又はp型半導体部からなる第1の半導体部を有し、
前記第1の半導体部における一方の端部と他方の端部のバンドギャップが異なっており、
下記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含む半導体単結晶。
AxByC46−y (I)
(式中、Aは、Ba,Na,Sr及びKからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Bは、Au,Ag,Cu,Ni及びAlからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Cは、Si,Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。前記第1の半導体部が前記n型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは3.5〜5.5又は11〜16である。前記第1の半導体部が前記p型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは5.3〜6又は16〜17である。y/xは、一方の端部と他方の端部において異なる。) - n型半導体部又はp型半導体部からなる第1の半導体部を有し、
前記第1の半導体部における一方の端部と他方の端部のバンドギャップが異なっており、
下記式(II)で表わされるクラスレート化合物を含む半導体単結晶。
BaxAuySi46−y (II)
(式中、前記第1の半導体部が前記n型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは3.5〜5.5又は11〜16である。前記第1の半導体部が前記p型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは5.3〜6又は16〜17である。y/xは、一方の端部と他方の端部において異なる。) - 400℃における両端部の間の電位差の絶対値が0.3mV以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体単結晶。
- n型半導体部とp型半導体部とこれらの間に真性半導体部とを有する半導体単結晶であって、
下記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含む半導体単結晶。
AxByC46−y (I)
(式中、Aは、Ba,Na,Sr及びKからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Bは、Au,Ag,Cu,Ni及びAlからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Cは、Si,Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。xは7〜8であり、yは3.5〜6又は11〜17であり、y/xは、前記p型半導体部、前記真性半導体部、及び前記n型半導体部の順に高い。) - n型半導体部又はp型半導体部からなる第1の半導体部を有し、
下記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含む半導体単結晶。
AxByC46−y (I)
(式中、Aは、Ba,Na,Sr及びKからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Bは、Au,Ag,Cu,Ni及びAlからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示し、Cは、Si,Ge及びSnからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を示す。前記第1の半導体部が前記n型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは3.5〜5.5又は11〜16である。前記第1の半導体部が前記p型半導体部からなる場合、xは7〜8であり、yは5.3〜6又は16〜17である。y/xは、前記半導体単結晶の一方の端部と他方の端部において異なる。) - 前記第1の半導体部に隣り合うように真性半導体部からなる第2の半導体部を有し、前記真性半導体部が前記式(I)で表わされるクラスレート化合物を含み、
前記第1の半導体部が前記n型半導体部からなる場合、y/xは前記真性半導体部の方が前記n型半導体部よりも高く、
前記第1の半導体部が前記p型半導体部からなる場合、y/xは前記p型半導体部の方が前記真性半導体部よりも高い、請求項11に記載の半導体単結晶。 - 前記クラスレート化合物は式(II)で表される化合物である、請求項10〜12のいずれか一項に記載の半導体単結晶。
BaxAuySi46−y (II)
(式中、xは7〜8であり、yは3.5〜6である。) - 請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体単結晶を加熱して発電する発電方法。
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