JPS58190815A - 遷移元素けい化物非晶質膜 - Google Patents
遷移元素けい化物非晶質膜Info
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- JPS58190815A JPS58190815A JP57071419A JP7141982A JPS58190815A JP S58190815 A JPS58190815 A JP S58190815A JP 57071419 A JP57071419 A JP 57071419A JP 7141982 A JP7141982 A JP 7141982A JP S58190815 A JPS58190815 A JP S58190815A
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電気的及び光学的性質の優れた特性を有する
遷移けい化物非晶質膜に関するものである。
遷移けい化物非晶質膜に関するものである。
鉄(以下Feとする)−・けい素(シリコン、以下Si
とする)系の化合物は、既に公知の物質である。
とする)系の化合物は、既に公知の物質である。
l〜かも、従来のFe −Si系化合物は、熱的手法、
いばゆる溶融法によって得られたものである。この従来
法では、熱平衡状態下で溶解反応を用いているため、少
なくともいったん真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中
で溶解し、冷却する工程を経る必要があった。このよう
な溶融状態から冷却する道程では、状態図に従って結晶
化が行われて、通常は多結晶又は単結晶の組織をもった
形態をとってい乙。従って従来法では、非晶質(アモル
ファス)の遷移元素けい化物膜は得られなかった。
いばゆる溶融法によって得られたものである。この従来
法では、熱平衡状態下で溶解反応を用いているため、少
なくともいったん真空雰囲気中又は不活性ガス雰囲気中
で溶解し、冷却する工程を経る必要があった。このよう
な溶融状態から冷却する道程では、状態図に従って結晶
化が行われて、通常は多結晶又は単結晶の組織をもった
形態をとってい乙。従って従来法では、非晶質(アモル
ファス)の遷移元素けい化物膜は得られなかった。
本発明は、前述した背影のもとにあって各種の研究実験
の結果なし得たものであシ、すなわちFeとSlとを主
成分とする化合物であって、前記S1が60 at、%
(原子パーセントの単位記号、以下同じ)から85 a
t、%の範囲にある組成になり、かつ非晶質のm織にな
ることを特徴とする遷移元素けい化物非晶質膜全提供す
ることを目的とするものである。
の結果なし得たものであシ、すなわちFeとSlとを主
成分とする化合物であって、前記S1が60 at、%
(原子パーセントの単位記号、以下同じ)から85 a
t、%の範囲にある組成になり、かつ非晶質のm織にな
ることを特徴とする遷移元素けい化物非晶質膜全提供す
ることを目的とするものである。
以下、図面を参照して本発明による遷移元素けい化物非
晶質膜の実施例を説明する。
晶質膜の実施例を説明する。
この種のいわゆる遷移元素けい化物膜の合成において、
従来の熱的手法では、非晶質になる膜を得ることは不可
能であったが、発明者等は、種々試験検削した結果、イ
オン工学的手法を用いることによって達成し、この新規
な遷移元素けい化物の非晶質膜が得られたのである。
従来の熱的手法では、非晶質になる膜を得ることは不可
能であったが、発明者等は、種々試験検削した結果、イ
オン工学的手法を用いることによって達成し、この新規
な遷移元素けい化物の非晶質膜が得られたのである。
ここで、Ii’e−Si化合物の非晶質膜の作製には1
、第1図にその概略の構成を示すように、二個のるつぼ
を用いた、すなわちFeと81とを別々の密閉形るつぼ
から噴射させて蒸着するクラスタイオンビーム蒸着法(
以下CID法という)を用いて行った。
、第1図にその概略の構成を示すように、二個のるつぼ
を用いた、すなわちFeと81とを別々の密閉形るつぼ
から噴射させて蒸着するクラスタイオンビーム蒸着法(
以下CID法という)を用いて行った。
図において、1は、化合物膜を形成する基板2を保持す
る基板ホルダである。3..32は、それぞれ少なくと
も一個の小径の噴射ノズル4I、4□ケ有する密閉形の
るつぼであり、この各るっぽ39,3□内に目的する化
合物の成分元素であるFe及びSlが充てんされる。さ
らに、前記各るつぼ3..32は、例えばその外壁内部
に発熱体50,5□が配設されて、いわゆる抵抗加熱法
により、加熱されるようになっておシ、かつ外壁面に取
りつけられた熱電対61゜62C(より、その温度が測
定できるように構成さ;11ている。
る基板ホルダである。3..32は、それぞれ少なくと
も一個の小径の噴射ノズル4I、4□ケ有する密閉形の
るつぼであり、この各るっぽ39,3□内に目的する化
合物の成分元素であるFe及びSlが充てんされる。さ
らに、前記各るつぼ3..32は、例えばその外壁内部
に発熱体50,5□が配設されて、いわゆる抵抗加熱法
により、加熱されるようになっておシ、かつ外壁面に取
りつけられた熱電対61゜62C(より、その温度が測
定できるように構成さ;11ている。
丑だ、7,8は、前記各るっぽ3□、32の噴射ノズル
41,4゜の近傍に設けられたイオン化室であり、谷イ
オン化室7,8はそれぞれ、熱電子放出用のフィラメン
ト71+”I+前記フィラメント7+ 、’ 81から
放出された熱電子を加速する加速電極7□、8□及び前
記熱電子の不要な飛散を防止するだめの遮へい板73,
83により構成される。
41,4゜の近傍に設けられたイオン化室であり、谷イ
オン化室7,8はそれぞれ、熱電子放出用のフィラメン
ト71+”I+前記フィラメント7+ 、’ 81から
放出された熱電子を加速する加速電極7□、8□及び前
記熱電子の不要な飛散を防止するだめの遮へい板73,
83により構成される。
さらに、11.12は、その出力を外部から任意に可変
でき、かつ、その出力により前記イオン化室7,8に対
して、基板ホルダー1を負の高電位に保ち、正イオン化
された粒子に対して基板2方向の運動エネルギーk f
=J’ Jするためのカl′l速電源であり、13,1
.4は、前記イオン化室7,8の各フィラメン)7+、
8+(r加熱して熱電子を放出させるためのフィラメン
トの加熱電源であり、また、15.16は、前記フイシ
ン71−7. 、8.に対して、加速電極72.82を
正の高電位にし、フィラメント7、.8.から放出され
た熱電子を加速してイオン化室7,8内の粒子ケイオン
化するためのイオン化電源である。また、1.7.18
は前記るっぽ31゜32の各発熱体51+52を加熱す
るだめのるつぼの加熱用の電源であり、この電源17.
18も、その出力を外部より任意に可変できるように構
成されている。
でき、かつ、その出力により前記イオン化室7,8に対
して、基板ホルダー1を負の高電位に保ち、正イオン化
された粒子に対して基板2方向の運動エネルギーk f
=J’ Jするためのカl′l速電源であり、13,1
.4は、前記イオン化室7,8の各フィラメン)7+、
8+(r加熱して熱電子を放出させるためのフィラメン
トの加熱電源であり、また、15.16は、前記フイシ
ン71−7. 、8.に対して、加速電極72.82を
正の高電位にし、フィラメント7、.8.から放出され
た熱電子を加速してイオン化室7,8内の粒子ケイオン
化するためのイオン化電源である。また、1.7.18
は前記るっぽ31゜32の各発熱体51+52を加熱す
るだめのるつぼの加熱用の電源であり、この電源17.
18も、その出力を外部より任意に可変できるように構
成されている。
19.20は、前記各るっぽ3..3□に装着された熱
電対6..6.の出力を受けて、るっぽ3..32の温
度を制御するための温度制御部である。tなわち、前記
熱電対64,6□により検出されたるっぽ31゜32の
温度を温度制御部19.20内の設定温度と比較し、そ
の偏差に応じて電源17.18の出力を制量して、るつ
ぼ3..32の温度割面]を行う。これにより、るっぽ
3..3□内の蒸気圧が設定値に維持されるようになる
。
電対6..6.の出力を受けて、るっぽ3..32の温
度を制御するための温度制御部である。tなわち、前記
熱電対64,6□により検出されたるっぽ31゜32の
温度を温度制御部19.20内の設定温度と比較し、そ
の偏差に応じて電源17.18の出力を制量して、るつ
ぼ3..32の温度割面]を行う。これにより、るっぽ
3..3□内の蒸気圧が設定値に維持されるようになる
。
そして、前記各電源11〜18及び温度制側1部19
、20’&除く他の部分が、図示しない真空容器内に配
設され、この真空容器内の気体が排気系により排除され
て、前記各部分が] 0−2Torr以下、望ましくは
10= Torr以下の高貞空雰囲気内におかれること
Kなる。
、20’&除く他の部分が、図示しない真空容器内に配
設され、この真空容器内の気体が排気系により排除され
て、前記各部分が] 0−2Torr以下、望ましくは
10= Torr以下の高貞空雰囲気内におかれること
Kなる。
しかして、使用した材料Mには、少なくとも99.99
以−にの高純度のFe及びSiを用い、これを前記密閉
形のるつぼ3..32の中Vこそれぞれ充てんし、高温
度に加熱して蒸気化し、噴射ノズル4.。
以−にの高純度のFe及びSiを用い、これを前記密閉
形のるつぼ3..32の中Vこそれぞれ充てんし、高温
度に加熱して蒸気化し、噴射ノズル4.。
4□よりそれぞれ真空中に噴射させ、クラスタ化し、さ
らにイオン化したのち、例えばガラスからなる基板2上
に蒸着する。この場合、Feを入れたるっぽ31は、温
度をほぼ1600℃に一定にし、Sik入れたるつぼ3
2の温度を1,600〜2,000℃の範囲に制(財)
して、噴出させる蒸気の組成比を変化させた。
らにイオン化したのち、例えばガラスからなる基板2上
に蒸着する。この場合、Feを入れたるっぽ31は、温
度をほぼ1600℃に一定にし、Sik入れたるつぼ3
2の温度を1,600〜2,000℃の範囲に制(財)
して、噴出させる蒸気の組成比を変化させた。
また、蒸着中の真空度は、5 X 10−6Torrと
し、基板2の温度は、150℃で行った。また、この実
施例では l?eのクラスタ粒子のみをイオン化し、S
iは、イオン化しないクラスタのままで蒸着を行った。
し、基板2の温度は、150℃で行った。また、この実
施例では l?eのクラスタ粒子のみをイオン化し、S
iは、イオン化しないクラスタのままで蒸着を行った。
なお、両方の元素のクラスタをイオン化して蒸着しても
、はぼ同様の結果が得られることももらろんである。さ
らに、F″eのイオン1ヒ電流Ied:、約200mA
とし、加速電圧Vaば、零(すなわち噴射速度に相当す
る運動エネルギをもつ)で行った。
、はぼ同様の結果が得られることももらろんである。さ
らに、F″eのイオン1ヒ電流Ied:、約200mA
とし、加速電圧Vaば、零(すなわち噴射速度に相当す
る運動エネルギをもつ)で行った。
−」二連した条件により作製した膜の組成比は、二重干
渉顕微鏡によって測定した膜厚と密度から計算により求
めた。このようにして得られたFe−Si化合物の非晶
質膜は、青黒色の光沢全もち、表面の平坦度は、極めて
よく、結晶性は、X線回析試験から完全に非晶質である
ことを確認した。
渉顕微鏡によって測定した膜厚と密度から計算により求
めた。このようにして得られたFe−Si化合物の非晶
質膜は、青黒色の光沢全もち、表面の平坦度は、極めて
よく、結晶性は、X線回析試験から完全に非晶質である
ことを確認した。
ここで、本発明の化合物の組成に関係あるFe−8jの
m−元系状態図の要部を示すと、第2図のとおりである
。本発明の実施例では、主としてSiが69〜72゜5
at、%の範囲で安定な固溶体をつくるζ−FeSi、
、相(四面体、格子定数&=2.692穴。
m−元系状態図の要部を示すと、第2図のとおりである
。本発明の実施例では、主としてSiが69〜72゜5
at、%の範囲で安定な固溶体をつくるζ−FeSi、
、相(四面体、格子定数&=2.692穴。
c−=5.137穴、 c/aご1.908で単位胞中
に三つの原子を含む)に注目して、非晶質膜の作製を行
い、熱電的性質、電気的性質及び光学的性質などについ
て調べた。また、比較のため、FeとSiとの組成比が
l:IKなるE −F’eSi相の非晶質膜についても
作製し2、横側を行った。
に三つの原子を含む)に注目して、非晶質膜の作製を行
い、熱電的性質、電気的性質及び光学的性質などについ
て調べた。また、比較のため、FeとSiとの組成比が
l:IKなるE −F’eSi相の非晶質膜についても
作製し2、横側を行った。
第3図は、前述した二つの相を含むFe−8i非晶質膜
のゼーベック係数(単位温度当りの熱起電力)の温度特
性の測定結果を示すものである。ここで、曲線A 、
13 、 C、Dは、Feに対するSiのat、%が、
それぞれ68 、72 、80 、83で本発明になる
ζ−FeSi、相のものであp、曲線Eは 1?eに対
するSi at、%が50でe−FeSi相のものであ
る。この図で示す結果から、曲線Eのε−FeSi相の
膜では、ゼーベック係数αが、はぼ+40μV/deg
程度であって金属的であるのに対して、ζ−FeSi2
相の固溶領域に含捷れるSlが、72 at、%の曲線
Bの膜では、550′″にの温度でゼーベック係数αが
、αγ±15 mV/degという大きな値をもつこと
がわかる。Slの含有量がこの固溶領域をこえると、ゼ
ーベック係数αの値は次第VC小さくなり、Slが80
at、%ではαよ±2.2 mV/deg、Siが8
3at、%ではα= +300 lzV/d e gに
なる。そして、Sla度増加に伴ってαの最大値は低温
側へ移動している。
のゼーベック係数(単位温度当りの熱起電力)の温度特
性の測定結果を示すものである。ここで、曲線A 、
13 、 C、Dは、Feに対するSiのat、%が、
それぞれ68 、72 、80 、83で本発明になる
ζ−FeSi、相のものであp、曲線Eは 1?eに対
するSi at、%が50でe−FeSi相のものであ
る。この図で示す結果から、曲線Eのε−FeSi相の
膜では、ゼーベック係数αが、はぼ+40μV/deg
程度であって金属的であるのに対して、ζ−FeSi2
相の固溶領域に含捷れるSlが、72 at、%の曲線
Bの膜では、550′″にの温度でゼーベック係数αが
、αγ±15 mV/degという大きな値をもつこと
がわかる。Slの含有量がこの固溶領域をこえると、ゼ
ーベック係数αの値は次第VC小さくなり、Slが80
at、%ではαよ±2.2 mV/deg、Siが8
3at、%ではα= +300 lzV/d e gに
なる。そして、Sla度増加に伴ってαの最大値は低温
側へ移動している。
また、上述した本発明の実施例のζ−17”esj2非
晶質膜は、前記測定結果で明らかなように、いずれもp
形(+)の伝導形を示すものであるが、蒸着中に微量の
酸素を導入し膜を作製すると、伝導形が反転してn形(
−)に変えることができることが判った。第4図は、S
iの含有量が70at、%のζ−peSi2膜中に約1
〜5重量%の酸素を導入して作製した本発明の一実施例
になる非晶質膜B′のゼーベック係数αの温度特性を示
したものである。
晶質膜は、前記測定結果で明らかなように、いずれもp
形(+)の伝導形を示すものであるが、蒸着中に微量の
酸素を導入し膜を作製すると、伝導形が反転してn形(
−)に変えることができることが判った。第4図は、S
iの含有量が70at、%のζ−peSi2膜中に約1
〜5重量%の酸素を導入して作製した本発明の一実施例
になる非晶質膜B′のゼーベック係数αの温度特性を示
したものである。
この結果に示すように、ζ−FeSi2非晶質膜は、微
量の酸素が加えられると、約4(]0°にの温度でp形
からn形に反転し、さらに約450” Kの温度から急
激に増加して、約580°にでは、αTh −2f)m
V/degの犬なる熱起電力が発生することがわかる。
量の酸素が加えられると、約4(]0°にの温度でp形
からn形に反転し、さらに約450” Kの温度から急
激に増加して、約580°にでは、αTh −2f)m
V/degの犬なる熱起電力が発生することがわかる。
この非晶質膜は、Si k 72 at、%含むp形の
ζ−FeSi2非晶質膜と同程度の組成比をもつにもか
かわらず、伝導性が反転した原因は、酸素を導入したこ
とによってt FeとSiの直接結合が減って、O−イ
オンを介して、Fe O−8f結合対が増加したか、
あるいは、Fe−0,5i−0の結合対ができたためド
ナー濃度が増加したことによると考えらねる。
ζ−FeSi2非晶質膜と同程度の組成比をもつにもか
かわらず、伝導性が反転した原因は、酸素を導入したこ
とによってt FeとSiの直接結合が減って、O−イ
オンを介して、Fe O−8f結合対が増加したか、
あるいは、Fe−0,5i−0の結合対ができたためド
ナー濃度が増加したことによると考えらねる。
次に、第5図により、前述した製法により作製したFe
−8i非晶質膜について測定した電気伝導度σの温度特
性を説明する。ここで、 A 、 C、D及びFは、F
eに対するSlのat、%がそれぞれ68゜80.83
及び50の組成比をもつp形の非晶質膜の特性であり、
また、B′は、同じ< Siのat、%が70%の組成
比をもち、かつ特に酸素を導入してl〕形に反転させた
非晶質膜の特性である。これらの測定結果かられかるよ
うに、Slが50 at、%のε−FeSi膜の特性E
では、室温でσ=102Ω−1ご1程度あり、その温度
特性は、縮退した金属的挙動を呈している。これに対し
てtS+が68 、80 。
−8i非晶質膜について測定した電気伝導度σの温度特
性を説明する。ここで、 A 、 C、D及びFは、F
eに対するSlのat、%がそれぞれ68゜80.83
及び50の組成比をもつp形の非晶質膜の特性であり、
また、B′は、同じ< Siのat、%が70%の組成
比をもち、かつ特に酸素を導入してl〕形に反転させた
非晶質膜の特性である。これらの測定結果かられかるよ
うに、Slが50 at、%のε−FeSi膜の特性E
では、室温でσ=102Ω−1ご1程度あり、その温度
特性は、縮退した金属的挙動を呈している。これに対し
てtS+が68 、80 。
83at、%の組成比をもつp形非晶質膜の特性A。
C,D及びSlが70at、%の組成比をもってn形に
反転させた非晶質膜の特性B′は、いずれも半導体の挙
動を呈している。しかもこれら非晶質膜の電気伝導度σ
の値は、金属性のC−Fe5l膜の値より小さくなりt
S+濃度が68at、9I;のA膜では、500”にで
σ=1Ω−’ +77+−’、また70at、%のn形
のB′膜及び図には示さなかったが72at、%(ζ−
FeSi□相に含まれるもの)の膜ではσと0.8Ω−
’cm−’、丑た80at、%のC膜ではσよ0.7Ω
−’cm−’、 4た83at。
反転させた非晶質膜の特性B′は、いずれも半導体の挙
動を呈している。しかもこれら非晶質膜の電気伝導度σ
の値は、金属性のC−Fe5l膜の値より小さくなりt
S+濃度が68at、9I;のA膜では、500”にで
σ=1Ω−’ +77+−’、また70at、%のn形
のB′膜及び図には示さなかったが72at、%(ζ−
FeSi□相に含まれるもの)の膜ではσと0.8Ω−
’cm−’、丑た80at、%のC膜ではσよ0.7Ω
−’cm−’、 4た83at。
%のD膜ではσTh O,02Ω−’ ff1−’とな
る。このようにSiの濃度がζ−FeSi2固溶相状態
(Siが72.5at、%)よシ多くなると電気伝導度
の値は急激に減少していることを示している。
る。このようにSiの濃度がζ−FeSi2固溶相状態
(Siが72.5at、%)よシ多くなると電気伝導度
の値は急激に減少していることを示している。
この結果に示すように、ε−FeSi非晶質膜は金属的
であるが、ζ−1i’esi2の組成比及びその近傍の
非晶質膜はいずれも半導体の挙動をもつことが認められ
た。これらの非晶質膜の伝導機構の解明には、構成原子
内の結合状態や最近接原子間側M1などについての情報
全必要とするが、定性的には次のごとく考えられる。つ
まり、短距離秩序の範囲で立方晶の配位をとるε−Fe
Si非晶質膜では、Fe原子相互の3d電電子台が優勢
であるために金属性のボンドが形成されている。これに
対してζ−1’i’eSi2の非晶質膜の場合では、こ
の物質の結晶構造からも明らかなように短距離秩序の範
囲で四面本配位を構成するため半導体の挙動を示すとい
える。
であるが、ζ−1i’esi2の組成比及びその近傍の
非晶質膜はいずれも半導体の挙動をもつことが認められ
た。これらの非晶質膜の伝導機構の解明には、構成原子
内の結合状態や最近接原子間側M1などについての情報
全必要とするが、定性的には次のごとく考えられる。つ
まり、短距離秩序の範囲で立方晶の配位をとるε−Fe
Si非晶質膜では、Fe原子相互の3d電電子台が優勢
であるために金属性のボンドが形成されている。これに
対してζ−1’i’eSi2の非晶質膜の場合では、こ
の物質の結晶構造からも明らかなように短距離秩序の範
囲で四面本配位を構成するため半導体の挙動を示すとい
える。
捷だ、Sl濃度が72原子%のp形のζ−FeSi、、
非晶質膜(第3図参照)及び酸素を含む11形のζ−1
i”eSi、、非晶質膜(第4図参照)で得られる犬な
る熱起電力について考察すると、いずれの場合も500
〜600”Kの比較的高い温度であられれることから、
マグノン波(量子化された静磁モードのスピン波)が励
起されてキャリヤと相互作用したことによるものと思わ
れる。この実施例のCJD法により作製された非晶質膜
は、CID法特有のマイグレーション効果のために膜表
面の平坦性が良好で、しかも格子欠陥の少ない、組成的
にも均一な膜が得られるので、高振幅のマグノン波が励
起されやすい条件を満たしており、このことからキャリ
ヤとの相互作用も強くあられれるといえる。
非晶質膜(第3図参照)及び酸素を含む11形のζ−1
i”eSi、、非晶質膜(第4図参照)で得られる犬な
る熱起電力について考察すると、いずれの場合も500
〜600”Kの比較的高い温度であられれることから、
マグノン波(量子化された静磁モードのスピン波)が励
起されてキャリヤと相互作用したことによるものと思わ
れる。この実施例のCJD法により作製された非晶質膜
は、CID法特有のマイグレーション効果のために膜表
面の平坦性が良好で、しかも格子欠陥の少ない、組成的
にも均一な膜が得られるので、高振幅のマグノン波が励
起されやすい条件を満たしており、このことからキャリ
ヤとの相互作用も強くあられれるといえる。
第6図は、本発明になるζ−FeSi2近傍の組成を有
する非晶質膜の光学的吸収スペクト特性全測定した結果
を示す。この図は、横軸に波長久(nm )縦軸に吸収
率α(α−’ )とし、図中A 、 B 、 ])は、
Feに対するSlのat、%がそれぞれ68,72゜8
3の組成比をもつp形の非晶質膜の特性を示し、B′は
、同じ(Siのat、%が70%の組成比をもち、かつ
%に酸素を導入してn形に反転させた非晶質膜の特性を
示す。測定に用いた試料の膜厚は、いずれも0.2〜0
.4 ttmであり、酸素全導入したζ−FeSi、、
非晶質膜B′は、淡褐色であり、他の非晶質膜A、B、
Dは、黒褐色を呈していた。また、酸素を導入したn形
の膜B′の特性は、O−イオンのために吸収係数αが相
対的に低く透明であり、550〜580nmの波長領域
にFe3+→Fe2(−遷移によると思われる吸収ピー
クが観測されておシ、他のp形の三つの膜A、B、Dと
は、かなり異なる特性金示している。一方、酸素を含ま
ない膜の中では、Sl濃度が72at、%のζ−FeS
i2膜Bが最も高い透明度であり、この組成よりFe又
はSiが過剰になると、膜の透明度が低下することを示
す。
する非晶質膜の光学的吸収スペクト特性全測定した結果
を示す。この図は、横軸に波長久(nm )縦軸に吸収
率α(α−’ )とし、図中A 、 B 、 ])は、
Feに対するSlのat、%がそれぞれ68,72゜8
3の組成比をもつp形の非晶質膜の特性を示し、B′は
、同じ(Siのat、%が70%の組成比をもち、かつ
%に酸素を導入してn形に反転させた非晶質膜の特性を
示す。測定に用いた試料の膜厚は、いずれも0.2〜0
.4 ttmであり、酸素全導入したζ−FeSi、、
非晶質膜B′は、淡褐色であり、他の非晶質膜A、B、
Dは、黒褐色を呈していた。また、酸素を導入したn形
の膜B′の特性は、O−イオンのために吸収係数αが相
対的に低く透明であり、550〜580nmの波長領域
にFe3+→Fe2(−遷移によると思われる吸収ピー
クが観測されておシ、他のp形の三つの膜A、B、Dと
は、かなり異なる特性金示している。一方、酸素を含ま
ない膜の中では、Sl濃度が72at、%のζ−FeS
i2膜Bが最も高い透明度であり、この組成よりFe又
はSiが過剰になると、膜の透明度が低下することを示
す。
上述した結果から、光学的吸収端近傍での情報を得るた
めに、これらの非晶質膜の(cxhν)7(縦軸)対光
子エネルギーhν(横軸)の相関全とると第7図の結果
が得られる。この結果で、高エネルギー領域での直線部
分を延長し横軸との交点は光学的基礎吸収端に−Iyえ
るので、作製した非晶質膜の禁制帯幅Ego (opt
icatband gap)の値はそれぞれ次に示す表
のごとくなる 上記の表の算出値かられかるように、EgoO値は、酸
素を導入したn形ζ−FeS12膜B′が最も大きく、
Ego = 1.92 eV (波長〜0.65μm)
で、吸収端は可視領域にある。捷だp形のζ−FeSi
2膜Bでは、Ego ’:= 1.53 eV(波長〜
0.81μm)で、B′膜に次いで大きく、この組成よ
りもFe 、 Siが過剰になると、Eg o y]o
3 eV (波長〜(1,95μm ) t テ低下す
る。この値は、Siの禁制帯幅とほぼ等しい値となる。
めに、これらの非晶質膜の(cxhν)7(縦軸)対光
子エネルギーhν(横軸)の相関全とると第7図の結果
が得られる。この結果で、高エネルギー領域での直線部
分を延長し横軸との交点は光学的基礎吸収端に−Iyえ
るので、作製した非晶質膜の禁制帯幅Ego (opt
icatband gap)の値はそれぞれ次に示す表
のごとくなる 上記の表の算出値かられかるように、EgoO値は、酸
素を導入したn形ζ−FeS12膜B′が最も大きく、
Ego = 1.92 eV (波長〜0.65μm)
で、吸収端は可視領域にある。捷だp形のζ−FeSi
2膜Bでは、Ego ’:= 1.53 eV(波長〜
0.81μm)で、B′膜に次いで大きく、この組成よ
りもFe 、 Siが過剰になると、Eg o y]o
3 eV (波長〜(1,95μm ) t テ低下す
る。この値は、Siの禁制帯幅とほぼ等しい値となる。
2!?:お、上記した表には、これらの非晶質膜の得ら
れた特性結果から求めた(詳細は略す)活性化エネルギ
ーEa (eV )の値全参考塘でに示した。すなわち
、この結果から酸素を導入した非晶質B′は、h’:a
: 0.124 eVのドナ準位にもち、p形伝導を
もつ三つの非晶質膜A、B、Dは、Ea=0.17〜0
.23eVの範囲のアクセプタ準位全もつことがわかる
。これらの活性化エネルギーEaO値は、通常のSlで
知られている不純物準位(Eaヱ0.026 eV )
に比べて約−けた程度大きな値であり、これからζ−1
’i’esi2系非晶質膜ば、かなり深いエネルギー準
位の不純位が局在している。
れた特性結果から求めた(詳細は略す)活性化エネルギ
ーEa (eV )の値全参考塘でに示した。すなわち
、この結果から酸素を導入した非晶質B′は、h’:a
: 0.124 eVのドナ準位にもち、p形伝導を
もつ三つの非晶質膜A、B、Dは、Ea=0.17〜0
.23eVの範囲のアクセプタ準位全もつことがわかる
。これらの活性化エネルギーEaO値は、通常のSlで
知られている不純物準位(Eaヱ0.026 eV )
に比べて約−けた程度大きな値であり、これからζ−1
’i’esi2系非晶質膜ば、かなり深いエネルギー準
位の不純位が局在している。
また、一般に、3d−遷移元素(li”e 、 Co
、Cr。
、Cr。
Mn 、 Ni・T1など)を含む半導体には、前述し
た実施例で示したけい化物のほかに、イオン結晶と考え
られる酸化物、ハロゲン化物や侵入形と考えられる炭化
物、硫化物などがあるが、これらの物質の結晶学的性質
・や物理的性質は、介在する陰性元素の位置やその種類
、結晶構造などと密接な関係をもっているといえる。3
d−遷移元素をもだない通常の半導体と犬きく異なる点
は、金属元素が磁気モーメン)kもっているので、それ
しこよって電気伝導度や熱電気的性質(モーベツク係数
。
た実施例で示したけい化物のほかに、イオン結晶と考え
られる酸化物、ハロゲン化物や侵入形と考えられる炭化
物、硫化物などがあるが、これらの物質の結晶学的性質
・や物理的性質は、介在する陰性元素の位置やその種類
、結晶構造などと密接な関係をもっているといえる。3
d−遷移元素をもだない通常の半導体と犬きく異なる点
は、金属元素が磁気モーメン)kもっているので、それ
しこよって電気伝導度や熱電気的性質(モーベツク係数
。
熱伝導率)などに種々の効果が得られ、単純な半導体理
論では説明できない現象を伴うことが多い1、前記本発
明の実施例では、主としてFeヲ主体としたけい化物の
非晶質膜について述べたが、より性能向上を図るために
は、Fe以外の遷移金属との置換形けい化物、例えば、
Fe1−xCoXSlなど、の非晶質膜も有効であり、
適用できるのはもちろんである。その他、ζ−P″eS
j2と同じ四m1体構造をもつ、例えばMnSi2+
TiSi2などのFe以外の3d−遷移元素のけい化物
非晶質も、ζ−FeS i2の場合と同程度の特性をも
つものが得られることももちろんである。
論では説明できない現象を伴うことが多い1、前記本発
明の実施例では、主としてFeヲ主体としたけい化物の
非晶質膜について述べたが、より性能向上を図るために
は、Fe以外の遷移金属との置換形けい化物、例えば、
Fe1−xCoXSlなど、の非晶質膜も有効であり、
適用できるのはもちろんである。その他、ζ−P″eS
j2と同じ四m1体構造をもつ、例えばMnSi2+
TiSi2などのFe以外の3d−遷移元素のけい化物
非晶質も、ζ−FeS i2の場合と同程度の特性をも
つものが得られることももちろんである。
本発明に&る;3d−遷移元素けい化物からなる非晶質
膜は、いずれも] 00 L) Ctでの高温度に酎え
、熱起電力(セーベノク係数)が大きく、電気伝導度も
比較的大きい値をもっているため、例えば、各種の熱電
変換素子なとへの応用が可能であるなど、実用上の効果
は極めて犬である。
膜は、いずれも] 00 L) Ctでの高温度に酎え
、熱起電力(セーベノク係数)が大きく、電気伝導度も
比較的大きい値をもっているため、例えば、各種の熱電
変換素子なとへの応用が可能であるなど、実用上の効果
は極めて犬である。
第1図は、本発明の遷移元素けい化物非晶質膜を作製す
るに用いる装置の一例を示す概略構成図、第2図は、本
発明に関係ある要部を示すFeと81との二元系状態図
、第3図、第4図、第5図、第6図及び第7図は、それ
ぞれ本発明になる遷移元素けい化物非晶膜の特性を示す
ための、モーベツク係数特性図、負側ゼーベック特性図
、電気伝導度の温度特性図、光学的吸収スペクトル特性
図及び光学的吸収と光子エネルギーとの相関を示す特性
図である。 特許出願人 双葉電子工業株式会社 代理人 弁理士 西 村 教 光第1図 第2図 第4図 第3図 過、支T(K) 第5図 三1o1ト ) 手 続 補 正 書 昭5“乙6. 省 1 1 事件の表示 、 昭和57年特許願第71419号3 補正をする
者 4代理人〒105 5 補正命令の日付 自 発 2、特許請求の範囲 (1)遷移元素(3)とけい素(Sl)との化合物を主
成分とし、前記化合物はXSi2で表される組成になり
、かつ非晶質の組織で形成されてなること全特徴とする
遷移元素けい化物非晶質膜。 (2) 前記遷移元素■は、鉄、コバルト、クロム、
マンガン、ニッケル、チタンの中から選ばれた少なくと
も一種類の元素である特許請求の範囲第1項記載の遷移
元素けい化物非晶質膜。 (3)前記遷移元素■は、鉄を主成分とし、少なくとも
その一部が他の3d−遷移元素で置換してなる特許請求
の範囲第1項記載の遷移元素けい化物非晶質膜。 (4)遷移元素■とけい素(Si)との化合物を主成分
とし、前記化合物はXSi2で表される組成になり、酸
素、窒素及び炭素などの少なくとも一種類の不純物が微
量添加され、かつ非晶質の組1峨で形成さ扛てなること
を特徴とする遷移フL素けい化物非晶質j模。 (5) 前記遷移元素■ば、鉄、コバルト、クロム、
マンガン、ニッケル、チタンの中から選ばれた少なくと
も一種類の元素である特許請求の範囲第4項記載の遷移
元素けい化物非晶質膜。 (6) 前記遷移元素(3)は、鉄を主成分とし、少
なくともその一部が他の3d−遷移元素で置換してなる
特許請求の範囲第4項記載の遷移元素けい化物非晶質膜
。 手 続 補 正 書(自発) 1 事件の表示 昭オI]57年特許願第71419刊 2発明の名称 3 補正をする者 住所 千葉県茂原市犬芝629 4代理人〒105 5 補正命令の日付 自 発 6 補正により増加する発明の数 0 7 補正の対象 明細書 8 補正の内容 (1) 第2貞第13行目「前述した背影の」とある
を、「前述した背景の」に訂正する3、(2) 第3
頁第9行目[ここで、F”e Sj化合物の」とある
を、「ここで、一実施例であるFe−8i化合物の」に
訂正する1、 (3)第3貞第13行目[(以下CID法という)]と
あるを、「(以下ICBD法という)」に訂正する。 (4) 第3自第19行目「目的する化合物の」とあ
るを、「目的とする化合物の」に訂正する。 (5) 第6頁第6行目「99.99以−Fの」とあ
るを、「99.99%以上の」に稍正する4、(6)第
7頁第3行目から4行目「行つt(o」の次に下記の文
言を挿入する。 「この加速電圧は、必要に応じて加速電源11.12に
より所望する任意の値に付与することができる。」 (力 第9頁第9行目から10行目「示したものである
。この結果に示すように、」とあるを、[示したもので
あり、図中矢印の部分は、その下方に300°〜400
°Kに近傍の反転する一ビーベック係数αの温度特性を
拡大して示した。この結果に示すように、」に訂正する
。 (8) 第9頁第19行目「0−イオンを」とあるを
、[酸素(0)イオンを」に訂正する。 (9) 第10頁第5行目から6行目FA、C,D。 及びFは、」とあるを、rA、C,D及びEは、」に訂
正する。 (lO)第12頁第10行目から11行目rCID法に
より」とあるを、r ICBD法により」に訂正する。 (11)第12頁第11行目FCID法特有の」とある
を、r TCBI)法特有の」に訂正する。 (12) 第13頁第9行目「O−イオンの」とある
を、「酸素(0)イオンの」に訂正する。 (l(6) 第15頁第13行目「不純位が」とあるを
、「不純物帯が」に訂正する3゜ (+41 第16頁第18行目「いずれも1000”
C4での」とあるを、[いずれも約1000℃までの」
に訂正する。 (+5) 第17頁第9行目から10行目「ゼーベッ
ク係数特性図、負側ゼーベック特性図、」とあるを、[
ゼーベック係数温度特性図、負側ゼーベック係数温度特
性図、]に訂正する1、(16) 別紙添附図面に赤
ペンで示した通り、図面第1図を訂正する。 (+7) 別紙添附図面の通り、図面第2図を訂正す
る。 第1図
るに用いる装置の一例を示す概略構成図、第2図は、本
発明に関係ある要部を示すFeと81との二元系状態図
、第3図、第4図、第5図、第6図及び第7図は、それ
ぞれ本発明になる遷移元素けい化物非晶膜の特性を示す
ための、モーベツク係数特性図、負側ゼーベック特性図
、電気伝導度の温度特性図、光学的吸収スペクトル特性
図及び光学的吸収と光子エネルギーとの相関を示す特性
図である。 特許出願人 双葉電子工業株式会社 代理人 弁理士 西 村 教 光第1図 第2図 第4図 第3図 過、支T(K) 第5図 三1o1ト ) 手 続 補 正 書 昭5“乙6. 省 1 1 事件の表示 、 昭和57年特許願第71419号3 補正をする
者 4代理人〒105 5 補正命令の日付 自 発 2、特許請求の範囲 (1)遷移元素(3)とけい素(Sl)との化合物を主
成分とし、前記化合物はXSi2で表される組成になり
、かつ非晶質の組織で形成されてなること全特徴とする
遷移元素けい化物非晶質膜。 (2) 前記遷移元素■は、鉄、コバルト、クロム、
マンガン、ニッケル、チタンの中から選ばれた少なくと
も一種類の元素である特許請求の範囲第1項記載の遷移
元素けい化物非晶質膜。 (3)前記遷移元素■は、鉄を主成分とし、少なくとも
その一部が他の3d−遷移元素で置換してなる特許請求
の範囲第1項記載の遷移元素けい化物非晶質膜。 (4)遷移元素■とけい素(Si)との化合物を主成分
とし、前記化合物はXSi2で表される組成になり、酸
素、窒素及び炭素などの少なくとも一種類の不純物が微
量添加され、かつ非晶質の組1峨で形成さ扛てなること
を特徴とする遷移フL素けい化物非晶質j模。 (5) 前記遷移元素■ば、鉄、コバルト、クロム、
マンガン、ニッケル、チタンの中から選ばれた少なくと
も一種類の元素である特許請求の範囲第4項記載の遷移
元素けい化物非晶質膜。 (6) 前記遷移元素(3)は、鉄を主成分とし、少
なくともその一部が他の3d−遷移元素で置換してなる
特許請求の範囲第4項記載の遷移元素けい化物非晶質膜
。 手 続 補 正 書(自発) 1 事件の表示 昭オI]57年特許願第71419刊 2発明の名称 3 補正をする者 住所 千葉県茂原市犬芝629 4代理人〒105 5 補正命令の日付 自 発 6 補正により増加する発明の数 0 7 補正の対象 明細書 8 補正の内容 (1) 第2貞第13行目「前述した背影の」とある
を、「前述した背景の」に訂正する3、(2) 第3
頁第9行目[ここで、F”e Sj化合物の」とある
を、「ここで、一実施例であるFe−8i化合物の」に
訂正する1、 (3)第3貞第13行目[(以下CID法という)]と
あるを、「(以下ICBD法という)」に訂正する。 (4) 第3自第19行目「目的する化合物の」とあ
るを、「目的とする化合物の」に訂正する。 (5) 第6頁第6行目「99.99以−Fの」とあ
るを、「99.99%以上の」に稍正する4、(6)第
7頁第3行目から4行目「行つt(o」の次に下記の文
言を挿入する。 「この加速電圧は、必要に応じて加速電源11.12に
より所望する任意の値に付与することができる。」 (力 第9頁第9行目から10行目「示したものである
。この結果に示すように、」とあるを、[示したもので
あり、図中矢印の部分は、その下方に300°〜400
°Kに近傍の反転する一ビーベック係数αの温度特性を
拡大して示した。この結果に示すように、」に訂正する
。 (8) 第9頁第19行目「0−イオンを」とあるを
、[酸素(0)イオンを」に訂正する。 (9) 第10頁第5行目から6行目FA、C,D。 及びFは、」とあるを、rA、C,D及びEは、」に訂
正する。 (lO)第12頁第10行目から11行目rCID法に
より」とあるを、r ICBD法により」に訂正する。 (11)第12頁第11行目FCID法特有の」とある
を、r TCBI)法特有の」に訂正する。 (12) 第13頁第9行目「O−イオンの」とある
を、「酸素(0)イオンの」に訂正する。 (l(6) 第15頁第13行目「不純位が」とあるを
、「不純物帯が」に訂正する3゜ (+41 第16頁第18行目「いずれも1000”
C4での」とあるを、[いずれも約1000℃までの」
に訂正する。 (+5) 第17頁第9行目から10行目「ゼーベッ
ク係数特性図、負側ゼーベック特性図、」とあるを、[
ゼーベック係数温度特性図、負側ゼーベック係数温度特
性図、]に訂正する1、(16) 別紙添附図面に赤
ペンで示した通り、図面第1図を訂正する。 (+7) 別紙添附図面の通り、図面第2図を訂正す
る。 第1図
Claims (3)
- (1) 鉄とけい素を主成分とする化合物であって前
記けい素が60原子パーセントから85原子パーセント
の範囲にある組成になり、かつ非晶質の組織になること
を特徴とする遷移元素けい化物非晶質膜。 - (2) 前記化合物は、鉄元素のφなくともその一部
が他の3d−遷移元素で置換してなる遷移元素けい化物
非晶質膜。 - (3) 前記遷移元素けい化物非晶質は、酸素、窒素
及び炭素などの少なくとも一種類の不純物元素が微量添
加されて伝導性が反転されてなる遷移元素けい化物非晶
質膜。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57071419A JPS58190815A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 遷移元素けい化物非晶質膜 |
US06/490,535 US4539054A (en) | 1982-04-30 | 1983-05-02 | Amorphous film of transition element-silicon compound |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57071419A JPS58190815A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 遷移元素けい化物非晶質膜 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58190815A true JPS58190815A (ja) | 1983-11-07 |
JPH0131453B2 JPH0131453B2 (ja) | 1989-06-26 |
Family
ID=13459967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57071419A Granted JPS58190815A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 遷移元素けい化物非晶質膜 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4539054A (ja) |
JP (1) | JPS58190815A (ja) |
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Family Cites Families (3)
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-
1982
- 1982-04-30 JP JP57071419A patent/JPS58190815A/ja active Granted
-
1983
- 1983-05-02 US US06/490,535 patent/US4539054A/en not_active Expired - Lifetime
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