JPH07273374A - p−n転移防止特性を有するBi2 Te3 系熱電材料組成物 - Google Patents

p−n転移防止特性を有するBi2 Te3 系熱電材料組成物

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JPH07273374A JP6309991A JP30999194A JPH07273374A JP H07273374 A JPH07273374 A JP H07273374A JP 6309991 A JP6309991 A JP 6309991A JP 30999194 A JP30999194 A JP 30999194A JP H07273374 A JPH07273374 A JP H07273374A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼結体のp−n転移及び性能の低下を抑制
し、単結晶の場合と同様な性能を有するBi2 Te3
熱電材料組成物を提供しようとするものである。 【構成】 Bi2 Te3 系基本成分にAg2 Sが最大2
0mol%まで添加され、焼結を行われたp−n転移防
止特性を有するBi2 Te3 系熱電材料組成物が提供さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電材料として使用す
るBi2 Te3 系半導体材料に係るもので、詳しくは、
Bi2 Te3 を主成分とし少量のAg2 Sを添加して多
結晶焼結体を製造するときp−n転移防止し、高度な熱
電性能を有するようにした、p−n転移防止特性を有す
るBi2 Te3 系熱電材料組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
Bi2 Te3 系半導体材料は、高性能を有する物質とし
て多結晶の形態で広く用いられている。しかし、このよ
うな多結晶体は、機械的強度が低いので割れる憂いがあ
り、大量生産に不適であるという不都合がある。それ
で、このような課題を補完して多結晶のBi2 Te3
半導体材料の焼結体を得、熱電材料に使用する方法が近
来広く研究されている。即ち、多結晶熱電材料の場合、
結晶中に、p−n転移が発生するので、熱起電力及び電
気伝導度が単結晶に比べ顕著に減少する。従って、Bi
2 Te3 系多結晶焼結体を有効な熱電材料に使用するた
めには、焼結するときにp−n転移を抑制する一方、単
結晶における性能を維持させなければならない。一般
に、Bi2 Te3 系半導体材料を焼結して多結晶材料に
製造する場合、p−n転移の発生する原因は、塑性変性
時発生する供与体(donor)であることが知られている
(参照:窯業学会誌、Vol.29, No.11. 855-862, 199
2)。そこで本発明者らは、Bi2 Te3 系半導体材料
を焼結するとき発生する課題を解決するため、研究を重
ねた結果、Bi2 Te3 系半導体材料に所定量のAg2
Sを添加し、該Ag2 Sにより焼結の進行中に細孔を形
成させ、p−n転移を抑制し、単結晶と同様な性能を有
する熱電材料用多結晶焼結体を得ようとするものであ
る。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、Bi2
Te3 系半導体材料にAg2 Sを少量添加し、焼結体の
p−n転移及び性能の低下を抑制し、単結晶の場合と同
様な性能を有したBi2 Te3 系熱電材料組成物を提供
しようとするものである。
【0004】本発明に係る熱電材料組成物においては、
Bi2 Te3 67%−Sb2 Te333%系半導体材料
を基本組成物とし、Ag2 Sを最大20mol%まで添
加させる。
【0005】そして、本発明に係るp−n電位防止特性
を有するBi2 Te3 系熱電材料組成物の多結晶焼結体
の製造工程は次のようである。先ず、原料粉末として、
Bi,Te及びSbをBi2 Te3 67%−Sb2 Te
3 33%になるように計量し、石英管内部で均一に混合
した後、これらを冷却して粉砕し、Bi2 Te3 系原料
粉末を得る。次いで、該Bi2 Te3 系原料粉末にAg
2 Sを添加し、均一に混合した後、成形して焼結を行
い、多結晶焼結体を製造する。このように製造される本
発明に係るBi2 Te3 系熱電材料組成物は、優秀な電
気伝導度及び熱起電力を有する。本発明に係るp−n転
移防止特性を有するBi2 Te3 系熱電材料組成物の製
造工程及び電気的特性は、以下説明する実施例により一
層明らかになるであろう。
【0006】
【実施例】先ず、純度99.999%のBi,Tb,S
b原料金属をBi1.333 Sb0.667 Te3 組成に合わせ
て計量し、石英管に充填した後、成分の酸化を防止する
ため真空に封入し、溶融して均一に混合し、冷却して得
られたP型インゴットを粉砕した。次いで、粉砕された
粉末を篩にかけて粒径45〜75μmの粉末を得、それ
ら粉末にAg2 Sを添加して均一に混合した。その後、
それら混合粉末を所定形状に形成し、500℃で5時間
の間焼結を行って多結晶焼結体を製造した。
【0007】このようにして得られた熱電材料の性能試
験を行うため、焼結体試片の電気伝導度をd.c.4プ
ローブ(probe)方法により測定した。そして、熱起電力
は熱衝撃法(Rev. Sci. Instrum., 48(7), 775-777, 197
7)を使用して行い、熱伝導度はHarmanの方法(J. Appl.
Phys., 29, 1373-4, 1977) を使用して測定した。
【0008】Bi2 Te3 系基本組成物に添加したAg
2 Sの量は、1mol%から20mol%まで変化させ
たが、それらAg2 Sの添加された全ての組成でP型に
製造されたBi2 Te3 系半導体材料を焼結したとき、
n型への転移は発生しなかった。
【0009】また、図1は本発明に係る焼結体試片の熱
起電力値を示したグラフであって、図示されたように、
熱起電力の値は1mol%Ag2 Sを添加した場合を除
いてはほぼ同様な値を表わし、常温から温度が上昇する
に従い熱起電力値も漸次増大するが、約200℃付近で
急激に減少する傾向がある。そして、熱起電力の値は常
温で120〜160μV/Kの値を示し、約150℃付
近で最大値の160〜180μV/Kを示している。そ
して、図2は本発明に係る焼結体試片の電気伝導度測定
結果を示したグラフであって、図示したように、電気伝
導度はAg2 Sを3mol%添加した試片が最高の伝導
性を示し、1mol%Ag2 Sを添加した試片もほぼ同
様な値を示し、この場合の電気伝導体は常温で約100
0Ω-1cm-1である。Ag2 Sの添加量が多い程電気伝
導度は急激に減少し、20mol%Ag2 Sの場合、常
温で約300Ω-1cm-1である。かつ、電気伝導度は温
度が増加するに従い急激に減少し、250℃程度で最小
値を示している。さらに、Ag2 Sを添加して焼結した
熱電材料の常温の熱伝導度は1.3〜1.4×10-2
/kcmであって、単結晶のとき得られる熱伝導度より
も大きな値である。また、本発明に係るBi2 Te3
熱電材料の熱電性能の最大値はAg2 Sが3mol%添
加された場合、1.8×10-3/kであって、単結晶の
場合得られる1.9×10-3/kの値とほぼ同様であ
る。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るp−
n転移防止特性を有するBi2 Te3系熱電材料組成物
においては、Bi2 Te3 系原料粉末に所定量のAg2
Sを添加して焼結を行うようになっているため、焼結体
のp−n転移及び性能の低下を抑制し、単結晶の場合と
同様な熱電性能を有した熱電材料が得られるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るBi2 Te3 系半導体材料に添加
されるAg2 Sの添加量変化に伴う熱起電力値の変化状
態を示したグラフである。
【図2】本発明に係るBi2 Te3 系半導体材料に添加
されるAg2 Sの添加量変化に伴う電気伝導度の変化を
示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 兪 炳 斗 大韓民国大田直轄市中区文化洞1−38番地

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p−n転移防止特性を有するBi2 Te
    3 系熱電材料組成物であって、 Bi2 Te3 系半導体材料を基本組成物とし、Ag2
    を最大20mol%まで添加して焼結させた多結晶焼結
    体であることを特徴とするp−n転移防止特性を有する
    Bi2 Te3 系熱電材料組成物。
  2. 【請求項2】 前記Bi2 Te3 系半導体材料の基本組
    成物が、Bi1.333Sb0.667 Te3 であることを特徴
    とする請求項1記載のp−n転移防止特性を有するBi
    2 Te3 系熱電材料組成物。
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