JPH0513821A - Manufacture of thermoelectric material and manufacturing device - Google Patents

Manufacture of thermoelectric material and manufacturing device

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JPH0513821A
JPH0513821A JP3162663A JP16266391A JPH0513821A JP H0513821 A JPH0513821 A JP H0513821A JP 3162663 A JP3162663 A JP 3162663A JP 16266391 A JP16266391 A JP 16266391A JP H0513821 A JPH0513821 A JP H0513821A
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JP
Japan
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producing
thin film
vacuum container
thermoelectric material
substrate
Prior art date
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Application number
JP3162663A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Nakagiri
康司 中桐
Fumitoshi Nishiwaki
文俊 西脇
Yoshiaki Yamamoto
義明 山本
Hisaaki Gyoten
久朗 行天
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0513821A publication Critical patent/JPH0513821A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase the Seebeck coefficient and electric conductivity of a thermoelectric material by a method wherein a process for forming a thin film containing hydrogen or oxygen in addition to Si on a substrate in a vacuum vessel and a process for making metal or metal-silicon alloy superfine particles adhere on the substrate surface formed with the thin film are simultaneously or alternately performed. CONSTITUTION:An SiO film 13 is subjected to clustering utilizing an overcooling due to an adiabatic expansion which is caused by a pressure difference in a vacuum vessel 7. Thermoions are cast on the cluster and the cluster is ionized and is turned into an ion cluster beam. At that time, Ar gas is simultaneously introduced in a vacuum vessel 8 through an inert gas introducing port 20. A tungsten board 22 is heated in an atmosphere of the Ar gas and Fe grains 23 are dissolved and evaporated. Thereby, it becomes possible to make a thermoelectric material of a structure, wherein fine particles of a mean diameter of 40 to 4000Angstrom are dispersed in an Si-O amorphous film which is an amorphous film having a preferential Si-oxygen bond.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱を電気に変換する熱
電材料の製造方法および製造装置に関し、特に高性能の
金属−珪素系合金熱電材料の製造方法および製造装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a thermoelectric material for converting heat into electricity, and more particularly to a method and an apparatus for producing a high performance metal-silicon alloy thermoelectric material.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電材料の熱電性能は性能指数Zで表さ
れる。
2. Description of the Related Art The thermoelectric performance of thermoelectric materials is represented by the figure of merit Z.

【0003】Z=S2σ/λ ここで、Sはゼーベック係数,σは電気伝導率、λは熱
伝導率を表す。すなわち、性能指数が高いのは、ゼーベ
ック係数が大きく、電気伝導率が高く、熱伝導率が低い
状態である。半導体の熱電現象理論ではゼーベック係数
と電気伝導率とは逆相関関係にあるので、平衡状態で作
製される安定で均質な材料においては、性能指数の大き
い熱電材料を得ることが難しかった。
Z = S 2 σ / λ where S is the Seebeck coefficient, σ is the electrical conductivity, and λ is the thermal conductivity. That is, the figure of merit is high when the Seebeck coefficient is large, the electrical conductivity is high, and the thermal conductivity is low. In the theory of thermoelectric phenomena of semiconductors, the Seebeck coefficient and the electric conductivity have an inverse correlation, so it was difficult to obtain a thermoelectric material having a large figure of merit in a stable and homogeneous material produced in an equilibrium state.

【0004】しかし近年、非平衡状態で作製されたアモ
ルファスFe−Si−O系薄膜材料が熱電変換効率の高
い熱電材料として、注目されている。ICB(イオンク
ラスタービーム)法で作製したこの薄膜材料は、Siと
酸素が、Feと酸素よりも優先的な結合を作ることによ
り熱電性能の大幅な向上が得られることが報告されてい
る[松原覚衛:エネルギー変換技術、1984、p12
3〜p133]。
However, in recent years, an amorphous Fe-Si-O type thin film material produced in a non-equilibrium state has attracted attention as a thermoelectric material having high thermoelectric conversion efficiency. It has been reported that the thin film material produced by the ICB (ion cluster beam) method can significantly improve the thermoelectric performance by the preferential bonding of Si and oxygen over Fe and oxygen [Matsubara. Kakuei: Energy Conversion Technology, 1984, p12
3 to p133].

【0005】さらに、IAD(イオンアシストデポジシ
ョン)法により作製したこの薄膜材料の原子レベルにお
ける構造は、Si−O系のアモルファスの中に平均粒径
が100Å程度のFe微粒子が島状に存在している状態
であると報告されている[K.Nagao et al.:Proc.13th
Symp. on Ion Source and Ion assisted Tech.'90(199
0)245.]。
Further, the structure of this thin film material prepared by the IAD (ion assisted deposition) method at the atomic level is such that fine particles of Fe having an average particle size of about 100 Å are present in the form of islands in the Si--O system amorphous. It has been reported that there is a [K. Nagao et al.:Proc. 13th
Symp. On Ion Source and Ion assisted Tech.'90 (199
0) 245.].

【0006】このようにアモルファス中に微粒子が島状
に存在している構造を持つ熱電材料を作製するための従
来の製造方法として、IAD法を図3を用いて以下に示
す。
As a conventional manufacturing method for manufacturing a thermoelectric material having a structure in which fine particles are present in the form of islands in the amorphous state, the IAD method is shown below with reference to FIG.

【0007】図3は従来の熱電材料の製造装置の概略縦
断面図である。真空容器1内に、坩堝2および電子銃3
が設置されている。そして、イオンガン4が真空容器1
内の中央部に斜め方向に設置されている。真空容器1の
上部付近には基板5が保持されている。真空容器1は真
空ポンプ(図示せず)に接続されている。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of a conventional thermoelectric material manufacturing apparatus. In the vacuum vessel 1, the crucible 2 and the electron gun 3
Is installed. The ion gun 4 is the vacuum container 1
It is installed diagonally in the center of the room. A substrate 5 is held near the top of the vacuum container 1. The vacuum container 1 is connected to a vacuum pump (not shown).

【0008】このような構成において坩堝2内にはFe
粒6を挿入し、イオンガン4内にはSiO(図示せず)
を挿入する。真空ポンプによって容器1内の圧力を10
-5から10-6Torr程度にする。電子銃3からの電子
線を坩堝2に挿入されたFe粒6に照射して、Fe粒6
を蒸発させる。同時に、蒸気化されたSiOをイオンガ
ン4中でイオン化し基板5に向かって照射する。そうす
ることにより、基板5表面にFeの蒸着とSiOイオン
の蒸着とを同時に行う。
In such a structure, Fe is contained in the crucible 2.
Insert the particles 6 and put SiO (not shown) in the ion gun 4.
Insert. The pressure in the container 1 is adjusted to 10 by a vacuum pump.
-5 to 10 -6 Torr. The Fe particles 6 inserted into the crucible 2 are irradiated with an electron beam from the electron gun 3 to generate Fe particles 6
Evaporate. At the same time, the vaporized SiO is ionized in the ion gun 4 and irradiated toward the substrate 5. By doing so, vapor deposition of Fe and vapor deposition of SiO ions are simultaneously performed on the surface of the substrate 5.

【0009】このような方法によって得られた薄膜を窒
素ガスあるいはアルゴンガス中で1000〜1200℃
程度の温度で加熱処理することにより、Si−O系アモ
ルファス中に平均粒径100Å程度のFe微粒子が島状
に存在する安定な構造を得ることが出来る。
The thin film obtained by the above method is heated to 1000 to 1200 ° C. in nitrogen gas or argon gas.
By performing the heat treatment at about a temperature, it is possible to obtain a stable structure in which fine Si particles having an average particle diameter of about 100 Å are present in an island shape in the Si—O system amorphous.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な製造方法の場合、Feが凝集して微粒子を形成してい
く過程で酸素がFeと結合してしまい、酸素がSiのみ
と優先的に結合することができなくなり高い性能が得ら
れない、または微粒子径や微粒子数の制御が困難である
といった課題があった。
However, in the case of such a manufacturing method, oxygen is combined with Fe in the process in which Fe aggregates to form fine particles, and oxygen is preferentially combined with only Si. However, there is a problem in that high performance cannot be obtained, or it is difficult to control the particle diameter and the number of particles.

【0011】本発明は、上記課題を解決し、制御性良く
ゼーベック係数と電気伝導率の増大と熱伝導率の低減を
達成できる、熱電材料の製造方法および製造装置を提供
することを目的としている。
It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a method and an apparatus for manufacturing a thermoelectric material, which can achieve an increase in Seebeck coefficient and electric conductivity and a decrease in thermal conductivity with good controllability. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、真空容器内でSiに水素または酸素を含ん
だアモルファス薄膜を基板上に製膜する過程と、前記ア
モルファス薄膜を製膜している前記基板表面に平均粒径
40〜400Åの金属または金属−珪素系合金の超微粒
子を付着させる過程とを同時に行って熱電材料を製造す
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a process of forming an amorphous thin film containing hydrogen or oxygen in Si on a substrate in a vacuum container, and a process of forming the amorphous thin film. A thermoelectric material is manufactured by simultaneously performing the process of adhering ultrafine particles of a metal or a metal-silicon alloy having an average particle size of 40 to 400Å on the surface of the substrate.

【0013】[0013]

【作用】上記のような製造方法によって得られる作用は
次の通りである。
The operation obtained by the above manufacturing method is as follows.

【0014】真空容器内でSiに水素または酸素を含ん
だアモルファス薄膜を基板上に製膜する過程と、前記ア
モルファス薄膜を製膜している前記基板表面に平均粒径
40〜400Åの金属または金属−珪素系合金の超微粒
子を付着させる過程とを同時にに行っているので、熱処
理工程を経ることなくSi−O系またはSi−H系アモ
ルファス中に金属または金属−珪素系合金の微粒子が分
散した構造を作製することが可能となる。
A process of forming an amorphous thin film containing hydrogen or oxygen on Si on a substrate in a vacuum container, and a metal or a metal having an average particle size of 40 to 400Å on the surface of the substrate on which the amorphous thin film is formed. -Since the process of adhering the ultrafine particles of the silicon-based alloy is performed at the same time, the fine particles of the metal or the metal-silicon alloy are dispersed in the Si-O-based or Si-H-based amorphous material without the heat treatment step. It becomes possible to fabricate a structure.

【0015】また、一次粒子の超微粒子を用いているた
め、粒径が40〜400Åの微粒子とすることが出来
る。さらに、Siと酸素または水素との結合をより強く
達成し、金属または金属−珪素系合金と酸素または水素
との結合を避けることが可能となる。なおかつ、微粒子
の粒径や、分散量の制御も容易に行うことが可能とな
る。
Further, since ultrafine particles of primary particles are used, fine particles having a particle size of 40 to 400 Å can be obtained. Furthermore, it becomes possible to more strongly achieve the bond between Si and oxygen or hydrogen, and avoid the bond between the metal or the metal-silicon alloy and oxygen or hydrogen. In addition, it is possible to easily control the particle size of fine particles and the amount of dispersion.

【0016】[0016]

【実施例】以下に本発明の実施例について図を参照しな
がら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】(実施例1)図1は本発明の熱電材料の製
造装置の一実施例の構成を示す縦断面図である。真空容
器7と真空容器8はオリフィス9を有した超微粒子搬送
パイプ10により連結されている。真空容器7内にはノ
ズル11を有した坩堝12が設置されている。坩堝12
内にはSiO13が挿入されている。坩堝12の周囲に
は、熱電子を坩堝12に衝突させるためのフィラメント
14が設置されている。坩堝12の上部には、フィラメ
ント15と電子引出しグリッド16が設置されている。
さらにその上部には加速電極17が設置されている。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the construction of an embodiment of a thermoelectric material manufacturing apparatus of the present invention. The vacuum container 7 and the vacuum container 8 are connected by an ultrafine particle transfer pipe 10 having an orifice 9. In the vacuum container 7, a crucible 12 having a nozzle 11 is installed. Crucible 12
SiO13 is inserted in the inside. Around the crucible 12, a filament 14 for causing thermoelectrons to collide with the crucible 12 is installed. A filament 15 and an electron extraction grid 16 are installed on the upper part of the crucible 12.
Further, an acceleration electrode 17 is installed above it.

【0018】このICB源に対向して基板18が真空容
器7の上部に設置されている。真空容器8には、バルブ
19を有した不活性ガス導入口20とバルブ21を有し
た排気系が設置されている。真空容器8内には、タング
ステンボート22が設置されており、タングステンボー
ト22内にはFe粒23が挿入されている。真空容器7
および8は真空ポンプ(図示せず)に接続されている。
A substrate 18 is placed above the vacuum container 7 so as to face the ICB source. The vacuum container 8 is provided with an inert gas inlet 20 having a valve 19 and an exhaust system having a valve 21. A tungsten boat 22 is installed in the vacuum vessel 8, and Fe particles 23 are inserted in the tungsten boat 22. Vacuum container 7
And 8 are connected to a vacuum pump (not shown).

【0019】このような構成において、まず、真空容器
7及び真空容器8内を10-6から10-7Torr程度に
排気した後、通電加熱により熱せられたフィラメント1
4から放出する熱電子をるつぼ12に衝突させることに
より、るつぼ12を高温に加熱する。るつぼ12内部に
挿入されているSiO13が昇華し、ノズル11を通過
することにより、るつぼ12内の蒸気圧とそれより低い
真空容器7内圧力の圧力差から生ずる断熱膨張による過
冷却を利用して、SiO13をクラスター(500から
2000個の原子または分子の塊状集団)化する。その
クラスターに、熱フィラメント15からグリッド16に
より引き出された熱電子を照射することにより、クラス
ターをイオン化し、イオンクラスタービームとする。
In such a structure, first, the vacuum container 7 and the vacuum container 8 are evacuated to about 10 -6 to 10 -7 Torr, and then the filament 1 heated by electric heating is used.
By making the thermoelectrons emitted from No. 4 collide with the crucible 12, the crucible 12 is heated to a high temperature. SiO13 inserted in the crucible 12 sublimes and passes through the nozzle 11, thereby utilizing the supercooling due to adiabatic expansion caused by the pressure difference between the vapor pressure inside the crucible 12 and the pressure inside the vacuum vessel 7 lower than that. , SiO13 into clusters (agglomerates of 500 to 2000 atoms or molecules). The cluster is ionized by irradiating the cluster with thermoelectrons extracted from the hot filament 15 by the grid 16 to form an ion cluster beam.

【0020】さらに加速電極17に電圧を印加してイオ
ンクラスタービームの加速を行う。そのとき同時に、真
空容器8において、バルブ21を閉じ、バルブ19を開
け、不活性ガス導入口20よりArガスを真空容器8内
の圧力が数〜数10Torrになるまで導入する。その
雰囲気中でタングステンボート22を加熱し、Fe粒2
3を溶解、蒸発させる。真空蒸着の場合には、真空容器
内は10-4Torr以下の高真空であるので、蒸発原子
は途中で残留ガスの分子と衝突することなく基板に到着
するが、このようなガス中蒸発法の場合は、Fe粒23
の蒸気が室温のアルゴンガスで冷えて、原子同士の凝集
が起こり、Fe超微粒子24となる。真空容器7内の圧
力は真空容器8内の圧力よりも低いので真空容器8中の
Arガスはオリフィス9を通って真空容器7中に流入し
ていく。
Further, a voltage is applied to the accelerating electrode 17 to accelerate the ion cluster beam. At the same time, in the vacuum container 8, the valve 21 is closed, the valve 19 is opened, and the Ar gas is introduced from the inert gas inlet 20 until the pressure in the vacuum container 8 becomes several to several tens Torr. In the atmosphere, the tungsten boat 22 is heated and the Fe particles 2
3. Dissolve and evaporate. In the case of vacuum vapor deposition, since the inside of the vacuum container has a high vacuum of 10 −4 Torr or less, the vaporized atoms arrive at the substrate without colliding with the molecules of the residual gas on the way. In the case of, Fe grains 23
Is cooled with argon gas at room temperature, atoms are agglomerated with each other, and become Fe ultrafine particles 24. Since the pressure in the vacuum container 7 is lower than the pressure in the vacuum container 8, Ar gas in the vacuum container 8 flows into the vacuum container 7 through the orifice 9.

【0021】そのとき同時にすでに生成されたFe超微
粒子24もArガスの流れに乗ってオリフィス9を通過
して真空容器7中へと超微粒子搬送パイプ10に沿って
搬送されていく。超微粒子搬送パイプ10の先端は基板
18付近に固定されているので、Fe超微粒子24は、
ICB源により、堆積されつつあるSi−O系アモルフ
ァス薄膜表面に付着し、アモルファス薄膜中に取り込ま
れていく。この時のFe超微粒子24は一次粒子すなわ
ち分子間の結合がそのまま残っているものであり、平均
粒径は、40〜400Åである。(もし、このFe超微
粒子24を真空容器8外の大気中へ取り出した場合に
は、一次粒子が二次的に凝集し二次粒子となり平均粒径
は〜1000Åに成長する。また、空気と触れることに
より酸化が急速に進行し、本来のFe超微粒子24の特
性が劣化する。)上記のような製造方法及び製造装置を
用いることにより、Siと酸素との優先的な結合を持っ
たアモルファス膜Si−O系のアモルファス中に平均径
は40〜400Åの微粒子を分散した構造の熱電材料を
作製することが可能となる。
At the same time, the Fe ultrafine particles 24 already produced are also carried along with the flow of Ar gas through the orifice 9 into the vacuum container 7 along the ultrafine particle carrying pipe 10. Since the tip of the ultrafine particle carrying pipe 10 is fixed near the substrate 18, the Fe ultrafine particles 24 are
The ICB source adheres to the surface of the Si—O based amorphous thin film that is being deposited and is taken into the amorphous thin film. At this time, the Fe ultrafine particles 24 are primary particles, that is, the bonds between the molecules remain, and the average particle diameter is 40 to 400Å. (If the Fe ultrafine particles 24 are taken out into the atmosphere outside the vacuum container 8, the primary particles are secondarily aggregated to become secondary particles, and the average particle size grows to ˜1000Å. Oxidation proceeds rapidly when touched, and the original characteristics of the Fe ultrafine particles 24 deteriorate.) By using the above-described manufacturing method and manufacturing apparatus, an amorphous material having a preferential bond between Si and oxygen is obtained. It is possible to produce a thermoelectric material having a structure in which fine particles having an average diameter of 40 to 400 Å are dispersed in a film Si—O type amorphous.

【0022】そして、このFe−Si−O系薄膜の構造
では、電気伝導率が大きくゼーベック係数の小さいFe
が、微粒子(40〜400Å)となっているので、粒子
内では格子欠陥やフォノンによる散乱が問題にならない
(つまり単結晶中と同じ状態となっている)ので、電気
伝導率はより高くなっており界面では電子及びホールは
活性化状態にある。
In the structure of this Fe-Si-O-based thin film, Fe having a large electric conductivity and a small Seebeck coefficient is used.
However, since they are fine particles (40 to 400 Å), scattering due to lattice defects and phonons does not matter within the particles (that is, they are in the same state as in the single crystal), so the electrical conductivity becomes higher. The electrons and holes are in the activated state at the cage interface.

【0023】さらに、ゼーベック係数が大きく電気伝導
率が小さいSi−O系アモルファス中にこの微粒子が分
散されているので、粒子間をトンネル伝導やホッピング
伝導などの電子及びホール伝導が可能となっている。す
なわち、このような構造が達成されているので、この熱
電材料はゼーベック係数は大きく、電気伝導率も大きく
なっている。
Further, since the fine particles are dispersed in the Si--O type amorphous material having a large Seebeck coefficient and a small electric conductivity, electron and hole conduction such as tunnel conduction and hopping conduction is possible between the particles. . That is, since such a structure is achieved, this thermoelectric material has a large Seebeck coefficient and a large electric conductivity.

【0024】さらに、このような微粒子の分散した状態
は、電子及びホール伝導のような微小キャリアの移動に
は有利であるが、熱のような集団的なフォノンの拡散で
はあらゆるところで散乱が起こって熱伝導率が低減され
る。つまり、ゼーベック係数と電気伝導率が向上し、か
つ熱伝導率が低減するという熱電特性の良好な熱電素子
が得られる。なおかつ、超微粒子の作製条件を変えて、
分散させる超微粒子の平均粒径や量を制御することによ
り、ゼーベック係数や電気伝導率の制御が簡単に行え
る。
Further, such a dispersed state of fine particles is advantageous for movement of fine carriers such as electron and hole conduction, but scattering occurs everywhere in collective phonon diffusion such as heat. The thermal conductivity is reduced. That is, it is possible to obtain a thermoelectric element having excellent thermoelectric characteristics, in which the Seebeck coefficient and the electric conductivity are improved and the thermal conductivity is reduced. Furthermore, changing the conditions for producing ultrafine particles,
By controlling the average particle size and amount of the ultrafine particles to be dispersed, the Seebeck coefficient and electric conductivity can be easily controlled.

【0025】なお、金属超微粒子としては、Feに限定
されることなくCr,Mn,Co,Ni等の3d遷移金
属やFe−Si、Cr−Si、Mn−Si、Co−Si
等の合金材料が使用可能であることも言うまでもない。
The ultrafine metal particles are not limited to Fe, and 3d transition metals such as Cr, Mn, Co and Ni, Fe-Si, Cr-Si, Mn-Si and Co-Si.
It goes without saying that alloy materials such as can be used.

【0026】(実施例2)図2は、本発明による熱電材
料の製造装置の他の実施例の概略縦断面図である。真空
容器25と真空容器26はオリフィス27を有した超微
粒子搬入パイプ28により連結されている。真空容器2
5には、バルブ29を有した有機金属ガスを導入するた
めの導入口30が設置されている。真空容器25内には
グロー放電を起こすためのRF電極31、基板ホルダー
32、そして基板33が設置されている。真空容器26
には、バルブ34を有した不活性ガス導入口35とバル
ブ36を有した排気系が設置されている。真空容器26
内には、タングステンボート37が設置されており、タ
ングステンボート37内にはFe粒38が挿入されてい
る。真空容器25及び真空容器26は真空ポンプ(図示
せず)に接続されている。
(Embodiment 2) FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of another embodiment of the thermoelectric material manufacturing apparatus according to the present invention. The vacuum container 25 and the vacuum container 26 are connected by an ultrafine particle loading pipe 28 having an orifice 27. Vacuum container 2
In FIG. 5, an inlet 30 having a valve 29 for introducing the organometallic gas is installed. An RF electrode 31, a substrate holder 32, and a substrate 33 for causing glow discharge are installed in the vacuum container 25. Vacuum container 26
An inert gas introduction port 35 having a valve 34 and an exhaust system having a valve 36 are installed therein. Vacuum container 26
A tungsten boat 37 is installed therein, and Fe particles 38 are inserted in the tungsten boat 37. The vacuum container 25 and the vacuum container 26 are connected to a vacuum pump (not shown).

【0027】このような構成において、まず、真空容器
25および真空容器26内を10-6から10-7Torr
程度に排気した後、バルブ29を開けSiH4ガスを真
空容器25中に導入し、RF電極31にRF電位を印加
することによりグロー放電を起こし、SiH4ガスを分
解し、基板33上にアモルファスSi:H薄膜を堆積す
る。そのとき同時に、真空容器26内では、超微粒子3
9を製造しておく。
In such a structure, first, the inside of the vacuum container 25 and the vacuum container 26 is set to 10 −6 to 10 −7 Torr.
After exhausting the gas to a certain degree, the valve 29 is opened and SiH 4 gas is introduced into the vacuum chamber 25, and an RF potential is applied to the RF electrode 31 to cause glow discharge, decompose the SiH 4 gas, and form an amorphous film on the substrate 33. Deposit Si: H thin film. At the same time, in the vacuum container 26, the ultrafine particles 3
9 is manufactured.

【0028】真空容器26から真空容器25へと流入し
ていくArガスの流れに乗って、すでに生成された超微
粒子39もオリフィス27を通過して真空容器25中へ
と搬送されていく。超微粒子搬入パイプ28の先端は基
板33付近に固定されているので、超微粒子39は、基
板33上堆積されつつあるにアモルファスSi:H薄膜
表面に付着し、アモルファス薄膜中に取り込まれてい
く。この時の超微粒子39は一次粒子であるので、平均
粒径が40〜400Åである。
The ultrafine particles 39 already generated are also carried into the vacuum container 25 through the orifice 27 by riding on the flow of Ar gas flowing from the vacuum container 26 into the vacuum container 25. Since the tip of the ultrafine particle loading pipe 28 is fixed near the substrate 33, the ultrafine particles 39 adhere to the surface of the amorphous Si: H thin film as they are being deposited on the substrate 33 and are taken into the amorphous thin film. Since the ultrafine particles 39 at this time are primary particles, the average particle diameter is 40 to 400Å.

【0029】上記のような製造方法及び製造装置を用い
ることにより、Si:Hのアモルファス中に平均径は4
0〜400Åの微粒子を分散した構造の熱電材料を作製
することが可能となる。
By using the manufacturing method and the manufacturing apparatus as described above, the average diameter is 4 in the amorphous Si: H.
It is possible to produce a thermoelectric material having a structure in which fine particles of 0 to 400 Å are dispersed.

【0030】本実施例において得られた熱電材料におい
ても、実施例1に述べたものと同様の効果を得ることが
出来る。
Also in the thermoelectric material obtained in this example, the same effects as those described in Example 1 can be obtained.

【0031】なお、SiH4ガスはArガスやH2ガスで
希釈してもかまわない。
The SiH 4 gas may be diluted with Ar gas or H 2 gas.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明による熱電材料の製
造方法は、真空容器内でSiに水素または酸素を含んだ
アモルファス薄膜を基板上に製膜する過程と、前記アモ
ルファス薄膜を製膜している前記基板表面に平均粒径4
0〜400Åの金属または金属−珪素系合金の超微粒子
を付着させる過程とを同時に行う熱電材料の製造方法を
用いているので、ゼーベック係数と電気伝導率が増大
し、熱伝導率が低減された高性能の金属−珪素系合金熱
電材料を得ることが出来る。
As described above, the method for producing a thermoelectric material according to the present invention comprises the steps of forming an amorphous thin film containing hydrogen or oxygen in Si on a substrate in a vacuum container, and forming the amorphous thin film. The average particle size is 4 on the surface of the substrate.
Since the method for producing a thermoelectric material is used in which the process of adhering ultrafine particles of a metal or a metal-silicon alloy of 0 to 400Å is performed at the same time, the Seebeck coefficient and the electrical conductivity are increased, and the thermal conductivity is reduced. A high-performance metal-silicon alloy thermoelectric material can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の熱電材料の製造装置の実施例の構成を
示す要部断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing the configuration of an embodiment of a thermoelectric material manufacturing apparatus of the present invention.

【図2】本発明の熱電材料の製造装置の他の実施例の構
成を示す要部断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view of essential parts showing the configuration of another embodiment of the thermoelectric material manufacturing apparatus of the present invention.

【図3】従来例の熱電材料の製造装置の要部断面図FIG. 3 is a cross-sectional view of essential parts of a conventional thermoelectric material manufacturing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9、27 オリフィス 10、28 超微粒子搬入パイプ 13 SiO 18 基板 22、37 タングステンボート 23、38 Fe粒 24、39 Fe超微粒子 9, 27 orifice 10, 28 Ultra fine particle loading pipe 13 SiO 18 substrates 22,37 Tungsten boat 23, 38 Fe grains 24, 39 Fe ultrafine particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行天 久朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kuro Gyoten             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器内でSiに水素または酸素を含
んだ薄膜を基板上に製膜する過程と、前記薄膜を製膜し
ている前記基板表面に金属または金属−珪素系合金の超
微粒子を付着させる過程とを同時または交互に行う熱電
材料の製造方法。
1. A process of forming a thin film containing hydrogen or oxygen on Si on a substrate in a vacuum container, and ultrafine particles of metal or metal-silicon alloy on the surface of the substrate on which the thin film is formed. A method for producing a thermoelectric material, which comprises simultaneously or alternately performing the process of adhering.
【請求項2】 Siに水素または酸素を含んだ薄膜がア
モルファスであることを特徴とする請求項1記載の熱電
材料の製造方法。
2. The method for producing a thermoelectric material according to claim 1, wherein the thin film containing hydrogen or oxygen in Si is amorphous.
【請求項3】 超微粒子の平均粒径が40〜400Åで
あることを特徴とする請求項1記載の熱電材料の製造方
法。
3. The method for producing a thermoelectric material according to claim 1, wherein the average particle size of the ultrafine particles is 40 to 400Å.
【請求項4】 Fe,CrまたはMn等の遷移金属また
は遷移金属−珪素系合金の超微粒子を用いる請求項1記
載の熱電材料の製造方法。
4. The method for producing a thermoelectric material according to claim 1, wherein ultrafine particles of a transition metal such as Fe, Cr or Mn or a transition metal-silicon alloy is used.
【請求項5】 酸素または水素との結合を有したSiの
分子、イオンまたはラジカルを作り出す機構と前記Si
の分子またはラジカルを付着させる基板を具備したSi
系薄膜作製用真空容器と、金属または合金蒸発源と不活
性ガス導入口を具備した超微粒子作製用真空容器と、前
記超微粒子作製用真空容器中で作製した超微粒子を前記
Si系薄膜作製用真空容器中に導入するオリフィスを有
した連結管から構成される熱電材料の製造装置。
5. A mechanism for producing Si molecules, ions or radicals having a bond with oxygen or hydrogen and the Si.
With a substrate to which the molecules or radicals of
Vacuum container for producing a thin film for a thin film, a vacuum container for producing an ultrafine particle having a metal or alloy evaporation source and an inert gas inlet, and an ultrafine particle produced in the vacuum container for producing an ultrafine particle for producing a Si thin film An apparatus for producing a thermoelectric material, which comprises a connecting pipe having an orifice to be introduced into a vacuum container.
【請求項6】 Siを酸素との結合を有した状態でイオ
ン化するイオンクラスタービーム発生源と基板を具備し
たSi系薄膜作製用真空容器を用いる請求項5記載の熱
電材料の製造装置。
6. The apparatus for producing a thermoelectric material according to claim 5, wherein a vacuum container for producing a Si-based thin film is used, which comprises an ion cluster beam generation source that ionizes Si in a state having a bond with oxygen and a substrate.
【請求項7】 Siを水素との結合を有した状態でイオ
ン化、ラジカル化するグロー放電発生用電極と有機珪素
ガス導入口と基板を具備したSi系薄膜作製用真空容器
を用いる請求項5記載の熱電材料の製造装置。
7. A vacuum container for producing a Si-based thin film, comprising a glow discharge generating electrode for ionizing and radicalizing Si while having a bond with hydrogen, an organosilicon gas inlet and a substrate. Manufacturing equipment for thermoelectric materials.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1187230A3 (en) * 2000-09-04 2003-03-19 Japan Aviation Electronics Industry, Limited Thermoelectric material and method of manufacturing the same
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