TWI776897B - 半導體燒結體、電氣電子構件、以及半導體燒結體的製造方法 - Google Patents

半導體燒結體、電氣電子構件、以及半導體燒結體的製造方法 Download PDF

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Abstract

一種半導體燒結體，包括多晶體，該多晶體包括矽或矽合金，構成該多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下，在該晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒。

Description

半導體燒結體、電氣電子構件、以及半導體燒結體的製造方法
本發明係關於一種半導體燒結體、電氣電子構件、以及半導體燒結體的製造方法。
以往，在半導體之中，矽具有在工程學上容易控制電氣特性、因低成本而能夠獲得、以及毒性低具有環保性等優點，被用於各種用途。 矽係熱導率較大的材料。因此，在尋求低熱導率的用途上難以對矽基材料進行實際應用。然而，近年來開發了一種技術，其藉由利用對奈米尺寸的矽顆粒進行燒結等方式使矽奈米結構化，從而降低熱導率(專利文獻1、非專利文獻1)。 ＜先前技術文獻＞ ＜專利文獻＞ 專利文獻1：美國專利申請公開第2014/0360546號說明書 ＜非專利文獻＞ 非專利文獻1：Bux et al, Adv. Funct. Mater., 009, 19, p. 2445-2452
＜發明所欲解決之問題＞ 然而，雖然藉由專利文獻1及非專利文獻1中所記載的奈米結構化能夠獲得降低熱導率的矽材料，然而矽的電導率亦會隨著奈米結構化而降低。因此，難以將矽材料應用於尋求低熱導率和高電導率的用途。 鑑於上述問題，本發明的一個實施方式的目的在於提供一種半導體材料，其在具有較低熱導率的同時提高了電導率。 ＜用於解決問題之手段＞ 在本發明的一個實施方式中，提供一種半導體燒結體，包括多晶體，該多晶體包括矽或矽合金，構成該多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下，在該晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒。 ＜發明之功效＞ 依據本發明的一個實施方式，能夠提供一種半導體材料，其在具有較低熱導率的同時提高了電導率。
以下對本發明的實施方式具體進行說明。然而，本發明並不限定於在此描述的實施方式，在不脫離本發明的技術思想的範圍內可適當地進行組合或改進。 (半導體燒結體) 本發明的一個實施方式中的半導體燒結體係包括多晶體的半導體燒結體，多晶體包括矽或矽合金，構成多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下，在晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒。此外，本發明的一個實施方式中的半導體燒結體係包括矽或矽合金的多晶體，構成多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下，在晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒。 對於燒結體，低熱導性和高電導性為取捨的關係。因此，藉由以往的手法，難以降低熱導率並且提高電導率。相比之下，根據本實施方式的上述結構，能夠獲得在維持較低熱導率的同時提高電導率的半導體材料。 (多晶體的構成) 本發明的一個實施方式中的半導體燒結體係包括矽的多晶體。具體而言，優選係矽基多晶體或矽合金基多晶體，換言之，優選係包含矽或矽合金作為的主晶的多晶體。主晶是指在XRD圖譜等中析出比例最大的晶體，優選是指占全部多晶體之中55質量%以上的晶體。 在半導體燒結體為包括矽合金的多晶體的情況下，可以係矽與矽以外的元素的固溶體、共晶體或金屬間化合物。關於矽合金中包含的矽以外的元素，只要其不妨礙在維持燒結體的較低的熱導率的同時提高電導率的本發明的效果則並無特別限定，可舉出Ge、Fe、Cr、Ta、Nb、Cu、Mn、Mo、W、Ni、Ti、Zr、Hf、Co、Ir、Pt、Ru、Mg、Ba、C、Sn等。可以在矽合金中包含該些元素的一種或兩種以上。另外，作為矽合金，優選含有2~20質量%的一種或兩種以上的上述矽以外的元素。另外，作為矽合金，優選矽－鍺合金、矽－錫合金、矽－鉛合金。其中，從降低熱導率的觀點來看，更優選矽－鍺合金。 半導體燒結體係構成多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下的具有所謂的奈米結構的多晶體。另外，晶粒的平均粒徑優選小於1μm，更優選為800nm以下，進一步優選為500nm以下，進一步優選為300nm以下，進一步優選為150nm以下。藉由將晶粒的粒徑設為上述範圍，使得晶粒的大小充分地小於多晶體中的聲子的平均自由行程，因此能夠利用界面處的聲子散射使熱導率降低。 另外，對於晶粒的平均粒徑的下限並無特別限定，從製造上的限制的觀點來看可以為1nm以上。 需要說明的是，在本說明書中，晶粒的平均粒徑(後面將說明的奈米顆粒的平均粒徑亦同樣)是指利用掃描電子顯微鏡(Scaning Electron Microscope(SEM))或透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope(TEM))等顯微鏡進行直接觀察而測定出的構成晶體的各個晶粒的最長直徑的中位值。 (奈米顆粒) 在本實施方式中，在多晶體的晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒。以下，針對本實施方式中的半導體多晶體的結構與以往的半導體燒結體的結構之間的差異，以矽燒結體為例進行說明。 在圖1A中示意地表示出本實施方式中的矽燒結體的結構，在圖1B中示意地表示出以往的矽燒結體的結構。如圖1B所示，在以往的矽燒結體中，由於在燒結的過程中引起的矽的氧化，沿著晶粒2之間的界面(晶界)形成了矽氧化物(二氧化矽等)的膜5。在該以往的矽燒結體中，由於電子的通道會被晶界的矽氧化物的膜5妨礙，因此電難以通過。 相比之下，在本實施方式中的矽燒結體中，如圖1A所示，未形成沿著晶界的矽氧化物的膜5，存在奈米顆粒3。如後面將說明的，該奈米顆粒3係藉由以芳香族化合物來被覆矽顆粒(粉末)後進行燒結而產生。由於該矽顆粒表面上的芳香族化合物在燒結時會被氧化，隨之晶界處的氧會被消耗，因此在本實施方式中的燒結體中，不存在沿著晶界的矽氧化物，或者即便存在亦很少。因此，電子的通道不會被晶界的矽氧化物的膜妨礙，能夠良好地對電進行傳導。另外，由於奈米顆粒3不會影響界面處的聲子散射，因此熱的阻隔性被維持為與圖1B所示的以往的燒結體同樣的程度。由此，能夠獲得在維持低熱導率的同時具有高電導率的燒結體材料。 存在於晶界處的奈米顆粒可以為碳化矽、氮化矽、碳氮化矽、氧化矽之中的一種以上。另外，半導體燒結體所包含的所有奈米顆粒之中存在於界面處的奈米顆粒的比例優選為90%以上，更優選為95%以上。 需要說明的是，存在於晶界處的奈米顆粒包括著眼於某些奈米顆粒時該奈米顆粒整體存在於晶界處的情況。另外，亦包括該奈米顆粒的一部分存在於晶界處的情況、以及該奈米顆粒的全體存在晶界附近的情況。 奈米顆粒的平均粒徑優選為5~50nm，更優選為10~30nm。藉由將奈米顆粒的尺寸設為上述範圍，能夠有效地使波長與該尺寸對應的聲子散射。藉由使在晶格或原料顆粒的粒徑尺寸上無法散射的波長的聲子散射，從而能夠大幅地降低熱導率。 (針對電氣電子構件的應用) 如上所述，根據本實施方式，能夠獲得在維持較低熱導率的同時提高電導率的燒結體材料。因此，能夠用於需要在維持熱的阻隔性的同時提高電的傳導性的環境下所使用的電氣電子構件。 另外，由於與Bi2 Te3 或PbTe等材料相比矽的毒性較小且能夠以較低成本獲得，因此在使用本實施方式中的半導體燒結體的情況下，能夠以較低成本來提供環保型的電氣電子構件。 再有，本實施方式中的半導體燒結體藉由含有摻雜物等，亦能夠進一步提高電導率，從而用作熱電發電裝置中的熱電材料(熱電轉換材料)。 在此，當對熱電材料的熱電性能(亦稱為熱電轉換性能)進行評價時，一般使用無因次的熱電性能指數ZT[－]。ZT係根據以下公式求出。 ZT＝α2 σT/κ (1) 在公式(1)中，α[V/K]為塞貝克係數，σ[S/m]為電導率(在單位“S/m”中，“S”為西門子，“m”為公尺)，κ[W/(mK)]表示熱導率，T表示絕對溫度[K]。塞貝克係數α是指每單位溫度差產生的電位差。另外，熱電性能指數ZT越大，則熱電轉換性能越優異。從公式(1)可以看出，為了提高熱電轉換性能ZT，希望塞貝克係數α及電導率σ較大，熱導率κ較小。 已知矽的塞貝克係數α較高。由此，如上所述藉由含有摻雜物來進一步提高電導率σ，從而能夠在公式(1)中獲得更高的熱電性能指數ZT的值。 在將本實施方式的半導體燒結體用作熱電材料的情況下，根據用途可以包含n型或p型的摻雜物。摻雜物優選均勻地分散在整個燒結體中。作為n型的摻雜物，優選單獨地含有磷、砷、銻、鉍之中的一種或組合地含有磷、砷、銻、鉍之中的兩種以上。另外，作為p型的摻雜物，優選單獨地含有硼、鋁、鎵、銦、鉈之中的一種或組合地含有硼、鋁、鎵、銦、鉈之中的兩種以上。需要說明的是，上述摻雜物元素的導電型為示例，對於摻雜物元素起到n型和p型中何種類型的摻雜物的作用，隨著所得到的燒結體中的構成母晶體的元素種類、晶體結構等而不同。 在半導體燒結體含有摻雜物的情況下，對於燒結體中的摻雜物濃度，在n型摻雜物的情況下，以[1020 原子數/cm3 ]為單位優選為0.1~10，更優選為0.5~5。另外，對於燒結體中的摻雜物濃度，在p型摻雜物的情況下，以[1020 原子數/cm3 ]為單位優選為0.1~10，更優選為0.5~5。雖然藉由增大摻雜物濃度能夠提高電導率使得熱電性能ZT提高，但是若摻雜物濃度變得過大則會使塞貝克係數降低並使熱導率增大，因而會使熱電性能ZT降低。然而，藉由將摻雜物濃度設為上述範圍，能夠提高熱電性能ZT。 另外，優選以半導體燒結體的塞貝克係數為－185~－60μV/K的濃度來含有n型摻雜物，優選以半導體燒結體的塞貝克係數為60~185μV/K的濃度來含有p型摻雜物。 摻雜後的半導體燒結體的電導率優選為10,000S/m以上，更優選為50,000S/m，進一步優選為100,000S/m以上，進一步優選為110,000S/m以上。上述電導率可以為27℃下的值。如此一來，燒結體由於具有提高的電導率，因此能夠提高燒結體的熱電性能。另外，關於半導體燒結體的電導率的上限，可以為600,000S/m以下，可以為400,000S/m以下。關於半導體燒結體的熱電性能ZT，可以設為0.2以上，優選設為0.3以上，進一步可以設為0.4以上。 半導體燒結體的熱導率優選為25W/m．K以下，更優選為10W/m．K以下。上述熱導率可以為27℃下的值。另外，半導體燒結體的塞貝克係數的絕對值優選為50~150μV/K，更優選為80~120μV/K。上述值可以為27℃下的值。 如上所述，在半導體燒結體包含摻雜物的情況下，能夠進一步提高電導率，從而能夠提高熱電性能。由此，本實施方式中的半導體燒結體能夠良好地用於利用散熱的發電裝置，例如安裝在汽車或船舶等的發動機及散熱系統中的發電裝置、安裝在用於工業的加熱爐的散熱系統中的發電裝置等。 (半導體燒結體的製造方法) 本實施方式中的半導體燒結體的製造方法包括：準備包括矽或矽合金、並且平均粒徑小於1μm的顆粒的步驟；在該顆粒的表面形成包括芳香族化合物的皮膜的皮膜形成步驟；以及對在表面形成有該皮膜的顆粒進行燒結，以獲得半導體燒結體的燒結步驟。 在準備包括矽或矽合金、並且平均粒徑為1μm以下的顆粒的顆粒準備步驟中，例如可以藉由對將成為主晶的矽或矽合金的材料進行熔融，並利用公知的粉碎方法對冷卻所得到的固體進行粉碎，從而準備平均粒徑1μm以下的顆粒(粉末)。另外，可以利用化學氣相生長法(CVD)等公知的晶體生長法，由矽或矽合金的原料來合成顆粒(粉末)。 在顆粒準備步驟中所得到的顆粒的平均粒徑優選小於1μm，更優選為800nm，進一步優選為500nm，進一步優選為300nm。另外，顆粒的D90優選為1μm以下，更優選為500nm以下，進一步優選為200nm以下。藉由將燒結前的顆粒的粒徑設為上述範圍，從而能夠得到具有1μm以下粒徑的晶粒、且適度地被緻密化的燒結體。需要說明的是，對於在顆粒準備步驟中準備的顆粒的平均粒徑的下限並無特別限定，從製造上的限制的觀點來看優選為10nm以上。需要說明的是，在本說明書中，顆粒的平均粒徑可以係利用雷射繞射式粒度分布測量裝置所測量出的基於體積的粒徑中位值。 接著，進行在由上述顆粒準備步驟所得到的顆粒的表面形成包括芳香族化合物的皮膜的皮膜形成步驟。該皮膜形成步驟可以藉由使在顆粒準備步驟中所得到的顆粒分散在溶劑中後，混合上述芳香族化合物，並利用珠磨機等進行混合處理來進行。之後，可以藉由利用減壓等將溶劑除去並進行乾燥，從而得到在表面形成有芳香族化合物的皮膜的顆粒。在該情況下，皮膜的厚度可以為0.5~5nm，優選為芳香族化合物的單分子膜。 藉由在由顆粒準備步驟所得到的顆粒的表面形成芳香族化合物的膜，使得在後續的燒結步驟中芳香族化合物被氧化，在該時刻在顆粒表面氧被消耗。由此，能夠利用矽與氧的反應來防止沿著晶界形成矽的氧化物。在該情況下，可得到由於芳香族化合物與矽的反應所生成奈米顆粒存在於晶界及其附近的圖1A所示的結構。 所使用的芳香族化合物可以係單環化合物，亦可以係多環化合物。另外，可以係由碳和氫組成的碳化氫基化合物，亦可以係包含氧、硫、氮等的雜原子的雜環化合物。另外，作為芳香族化合物，可以使用具有包含或不包含選自氧原子、硫原子、氮原子的雜原子的1~6個芳香環的化合物，優選使用具有2~4個芳香環的化合物。另外，上述芳香環優選為六元環。作為芳香族化合物的示例，例如可以舉出甲苯、二甲苯、均三甲苯、萘、甲基萘、乙烯基萘、蔥、菲、苊烯等碳化氫。另外，可舉出鄰二氮菲、喹啉、異喹啉、吡啶、甲基吡啶等包含氮原子的芳香族化合物。該些芳香族化合物可以單獨使用或組合使用兩種以上。 如上所述，藉由在顆粒的表面形成芳香族化合物的膜，從而利用後續的燒成步驟在晶界和/或其附近生成包含二氧化矽等矽的氧化物的奈米顆粒，芳香族化合物中包含的碳亦有可能與矽反應而生成碳化矽。另外，在芳香族化合物包含雜原子的情況下，由於雜原子與矽反應，因此有可能在所生成的奈米顆粒中生成包含雜原子和矽的化合物。 在皮膜形成步驟中，優選相對於在顆粒準備步驟中所準備的顆粒100質量份添加10~60質量份的芳香族化合物，更優選添加30~50質量份的芳香族化合物。 燒結步驟只要係能夠對上述原料顆粒(粉末)進行燒結的方法便無特別限定，可舉出放電電漿燒結法(Spark Plasma Sintering(SPS))、常壓燒結法(Two Step Sintering)、加壓燒結法(Hot Pressing)、熱均壓法(Hot Isostatic Pressing(HIP))、微波燒結法(Microwave Sintering)等。其中，優選使用能夠使更小晶粒生長的放電電漿燒結法。 對於燒結步驟中的燒結溫度，可以根據作為矽或矽合金的主晶的組成來選擇，優選為900℃以上，更優選為1000℃以上。另外，燒結溫度優選為1400℃以下，更優選為1300℃以下。藉由設為上述範圍，能夠促進燒結體的緻密化，並且能夠將多晶體的晶粒的平均粒徑維持在1μm以下。 另外，燒結步驟中的升溫速度優選為10~100℃/分，更優選為20~60℃/分。藉由將升溫速度設為上述範圍，能夠促進均勻的燒結，同時能夠抑制過於急速的晶粒生長並將多晶體的晶粒的平均粒徑維持在1μm以下。另外，能夠促進由芳香族化合物的氧化所引起的奈米顆粒的形成，並且能夠防止在晶界處形成矽的氧化物。 在燒結步驟中，優選進行加壓。在該情況下，加壓壓力優選為10~120MPa，更優選為30~100MPa。 本實施方式中的製造方法可以在皮膜形成步驟後包括向由皮膜形成所得到的顆粒中添加摻雜物的摻雜物添加步驟。該摻雜物添加步驟可以在所形成的皮膜上塗布摻雜物，亦可以使摻雜物混入到所形成的皮膜中。藉由利用該步驟添加摻雜物，從而能夠提高半導體燒結體的電導率。 摻雜物添加步驟例如可以藉由向表面形成有包含芳香族化合物的皮膜的顆粒中添加包含摻雜物元素的有機化合物並進行混合處理來進行。作為摻雜物，可以根據用途使用包含n型或p型的上述摻雜物元素的摻雜物。作為n型的摻雜物元素，可以為磷、砷、銻、鉍之中的一種或兩種以上。作為p型的摻雜物元素，可以為硼、鋁、鎵、銦、鉈之中的一種或兩種以上。 另外，含有摻雜元素的有機化合物可以為高分子亦可以為低分子。作為有機化合物，可以為含有摻雜元素的氫化物、氧化物、含氧酸(oxo acid)等。 在使用磷作為n型摻雜物元素的情況下，作為有機化合物，可以使用磷酸、烷基膦酸(alkylphosphonic acid)、烷基次膦酸(alkylphosphinic acid)及其酯、聚乙烯膦酸(polyvinylphosphonic acid)、膦(phosphine)、三乙基膦(triethylphosphine)、三丁基膦(tributylphosphine)等三烷基膦(trialkylphosphine)等。在使用砷作為摻雜物元素的情況下，可以使用胂(arsine)等，在使用銻的情況下，可以使用三氧化銻等，在使用鉍的情況下，可以使用鉍酸。 在使用硼作為p型摻雜物元素的情況下，作為有機化合物，可以使用癸硼烷、鄰癸硼烷(ortho-decaborane)等硼烷簇(borane cluster)、或三氟化硼等。另外，在使用鋁作為摻雜物元素的情況下，可以使用三氯化鋁、三甲基鋁等，在使用鎵的情況下，可以使用三氯化鎵、三甲基鎵等，在使用銦的情況下，可以使用三氯化銦等，在使用鉈的情況下，可以使用氯化鉈等。對於上述有機化合物，可以單獨使用或組合使用兩種以上。 包含摻雜物元素的有機化合物的添加量優選相對於形成有皮膜的顆粒100質量份為10~50質量份，更優選為20~40質量份。 另外，摻雜物添加步驟亦可以包括在皮膜形成步驟中。換言之，可以藉由使由顆粒準備步驟所得到的顆粒分散在溶劑中之後，混合芳香族化合物和包含摻雜物元素的有機化合物兩者，並利用珠磨機等進行混合處理來進行。 在如此進行摻雜物添加步驟的情況下，會使摻雜物元素存在於形成在顆粒表面上的皮膜上或皮膜內。因此，若對該顆粒進行燒結，則在燒結時摻雜元素從顆粒的界面向顆粒的內部熱擴散。藉由如此利用從顆粒界面進行的熱擴散所帶來的摻雜，從而能夠使所得到的燒結體的電導率提高。另外，在與雖具有同等的摻雜物濃度但未利用從顆粒界面進行的熱擴散所摻雜的燒結體相比的情況下，利用本實施方式中的方法所得到的半導體燒結體可顯示出較高的電導率。 需要說明的是，在本實施方式中的半導體燒結體的製造方法中，可以在顆粒準備步驟的階段預先在顆粒內使其含有摻雜物，再進行上述皮膜形成步驟。例如，可以藉由在對作為主晶的矽或矽合金的材料進行熔融的階段，混合摻雜物元素單質或其化合物，並對所得到的熔融物進行冷卻、粉碎，從而準備含有摻雜物的顆粒(粉末)。另外，在使用化學氣相生長法(CVD)等來準備顆粒的情況下，可以在氣相狀態下對矽或矽合金的原料與摻雜物元素的單質或化合物進行混合並使其凝結，從而準備包含摻雜物的顆粒。如此一來，藉由在顆粒準備步驟使其含有摻雜物，並利用皮膜形成步驟及燒製步驟使摻雜物從顆粒表面向顆粒內進一步熱擴散，從而能夠實現更高濃度的摻雜。 另外，本實施方式中的半導體燒結體係藉由準備包括矽或矽合金、並且平均粒徑小於1μm的顆粒，在該顆粒的表面形成芳香族化合物的皮膜，並對在表面形成有該皮膜的顆粒進行燒結以獲得半導體燒結體而製造的半導體燒結體。由於該半導體燒結體在維持較低熱導率的同時具有較高的電導率，因此能夠用於需要在維持熱的阻隔性的同時提高電的傳導性的環境下所使用的電氣電子構件等各種用途。 [實施例] [n型半導體燒結體] ＜實施例1＞ (矽顆粒的調製) 利用電弧熔融裝置在氬氣氛下使28g的單質矽(純度99.99%以上)及1.0g的單質磷(純度99.9%)熔融，之後對其進行冷卻。使藉由冷卻所得到的塊狀物轉動後再次使其融解並冷卻。重複該熔融及冷卻共計4個循環，得到作為母料的含摻雜物的矽材料。利用錘式破碎機和行星式球磨機，將該矽材料粗粉碎至45μm以下。進一步利用珠磨機將其粉碎至D90為大約150nm。此時，使用異丙醇作為介質，使用直徑為0.05mm的氧化鋯珠作為珠。進行減壓從所得到的漿料中除去異丙醇，進一步進行乾燥從而得到矽顆粒。 (顆粒的被覆) 將所得到的矽顆粒分散在庚烷中，將針對25g的矽顆粒添加有2.0g的菲的混合物放入上述珠磨機中，進行300分鐘的混合處理。之後，減壓除去庚烷和過剩的菲，進一步進行乾燥從而得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 將上述實施了單分子膜被覆的矽顆粒裝入石墨製的模具/沖壓夾具內，利用放電電漿燒結裝置使其升溫至1200℃，得到燒結體。此時，將加壓壓力設定為80MPa，並將升溫速率設定為50℃/分來進行。對所得到的燒結體的外表面進行粗研磨，以除去源自石墨等的雜質層。進一步使用切割鋸進行切割，得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98.5%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。實施例1的顯微鏡照片如圖2所示。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為11.0W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(－95.7μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例2＞ (矽顆粒的調製) 與實施例1同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有2.0g的蔥來代替2.0g的菲的混合物以外，與實施例1同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 與實施例1同樣，對實施了單分子膜被覆的矽顆粒進行燒結而得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98.5%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為10.5W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(－93.5μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.1。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.36。 ＜實施例3＞ (矽顆粒的調製) 使用100莫耳當量的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以及3莫耳當量的膦(PH3 、純度99.9%)作為原料，通過氬/氫混合氣利用微波電漿反應器使其反應以合成奈米顆粒，利用管線過濾器進行收集。得到作為平均粒徑大約150nm的聚合體的矽顆粒，其晶體的平均直徑為10nm。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有1.5g的異喹啉來代替2.0g的菲的混合物以外，與實施例1同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 與實施例1同樣，對實施了單分子膜被覆的矽顆粒進行燒結而得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為9.5W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(－95.8μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例4＞ (矽顆粒的調製) 與實施例2同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 與實施例2同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.0g的三丁基膦後進行燒結以外，與實施例2同樣地得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.2×105 S/m，熱導率為9.5W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(－97.9μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為1.9。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.36。 ＜實施例5＞ (矽顆粒的調製) 與實施例3同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 與實施例3同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽粉末在添加1.0g的三丁基膦後進行燒結以外，與實施例3同樣地得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.1×105 S/m，熱導率為9.5W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(－91.4μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.3。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例6＞ (矽合金顆粒的調製) 除了使用28g的單質矽(純度99.99%以上)以及3.0g的單質鍺(純度99.99%以上)來代替28g的單質矽(純度99.99%以上)以外，與實施例1同樣地調製顆粒並得到矽合金顆粒。 (顆粒的被覆) 與實施例1同樣，得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 與實施例1同樣，對實施了單分子膜被覆的矽合金顆粒進行燒結而得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98.5%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為11.0W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(－83.0μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.40。 ＜實施例7＞ (矽合金顆粒的調製) 與實施例1同樣地調製矽合金顆粒。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有2.0g的蔥來代替2.0g的菲的混合物以外，進行與實施例1同樣的處理，得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.0g的三丁基膦後進行燒結以外，進行與實施例1同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.2×105 S/m，熱導率為6.2W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(－82.0μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.1。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.45。 ＜實施例8＞ (矽合金顆粒的調製) 除了使用使用95莫耳%的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以及5莫耳%的四乙基鍺(GeEt4 、純度99.9%)來代替100莫耳%的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以外，與實施例3同樣地調製矽合金顆粒。得到作為平均粒徑大約150nm的聚合體的矽合金顆粒，其晶體的平均直徑為10nm。 (顆粒的被覆) 與實施例3同樣地得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.0g的三丁基膦後進行燒結以外，進行與實施例3同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.1×105 S/m，熱導率為5.5W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(－82.7μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.40。 [p型半導體燒結體] ＜實施例9＞ (矽顆粒的調製) 利用電弧熔融裝置在氬氣氛下使28g的單質矽(純度99.99%以上)及0.5g的單質硼(純度99.9%)熔融，之後對其進行冷卻。使藉由冷卻所得到的塊狀物轉動後再次使其融解並冷卻。重複該熔融及冷卻共計4個循環，得到作為母料的含摻雜物的矽材料。利用錘式破碎機和行星式球磨機，將該矽材料粗粉碎至45μm以下。進一步利用珠磨機將其粉碎至D90為大約150nm。此時，使用異丙醇作為介質，使用直徑為0.05mm的氧化鋯珠作為珠。進行減壓從所得到的漿料中除去異丙醇，進一步進行乾燥從而得到矽顆粒。 (顆粒的被覆) 將所得到的矽顆粒分散在庚烷中，將針對25g的矽顆粒添加有2.0g的菲的混合物放入上述珠磨機中，進行300分鐘的混合處理。之後，減壓除去庚烷和過剩的菲，進一步進行乾燥從而得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 將上述實施了單分子膜被覆的矽粉末裝入石墨製的模具/沖壓夾具內，利用放電電漿燒結裝置使其升溫至1200℃，得到燒結體。此時，將加壓壓力設定為80MPa，並將升溫速率設定為50℃/分來進行。對所得到的燒結體的外表面進行粗研磨以除去源自石墨等的雜質層。進一步使用切割鋸進行切割，得到長方體狀的切片。利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98.5%。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為11.0W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(95.7μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例10＞ (矽顆粒的調製) 與實施例9同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有2.0g的蔥來代替2.0g的菲的混合物以外，與實施例9同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 與實施例9同樣，對實施了單分子膜被覆的矽粉末進行燒結而得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為10.3W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(92.6μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.1。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例11＞ (矽顆粒的調製) 使用100莫耳當量的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以及3莫耳當量的乙硼烷(B2 H4 、純度99.9%)作為原料，通過氬/氫混合氣利用微波電漿反應器使其反應以合成奈米顆粒，利用管線過濾器進行收集。得到作為平均粒徑大約150nm的聚合體的矽奈米顆粒，其晶體的平均直徑為10nm。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有1.5g的異喹啉來代替2.0g的菲的混合物以外，與實施例9同樣地對所得到的矽顆粒進行處理，得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 與實施例9同樣，對實施了單分子膜被覆的矽顆粒進行燒結，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為9.6W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(94.7μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.30。 ＜實施例12＞ (矽顆粒的調製) 與實施例9同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 將添加有2.0g的蔥來代替2.0g的菲的混合物放入上述珠磨機中，進行300分鐘的混合處理。之後，減壓除去庚烷和過剩的蔥，進一步進行乾燥從而得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.6g的三丁基硼烷後進行燒結以外，進行與實施例9同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.2×105 S/m，熱導率為11.3W/m．K 。根據燒結體的塞貝克係數(95.4μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.36。 ＜實施例13＞ (矽顆粒的調製) 與實施例11同樣地調製矽顆粒。 (顆粒的被覆) 與實施例13同樣地得到由單分子膜被覆的矽顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.6g的三丁基硼烷後進行燒結以外，進行與實施例11同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為純矽的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.1×105 S/m，熱導率為9.6W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(90.3μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為2.2。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.35。 ＜實施例14＞ (矽合金顆粒的調製) 除了使用28g的單質矽(純度99.99%以上)以及3.0g的單質鍺(純度99.99%以上)來代替28g的單質矽(純度99.99%以上)以外，進行與實施例9同樣的處理，得到矽合金顆粒。 (顆粒的被覆) 進行與實施例9同樣的處理，得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 與實施例9同樣，對實施了單分子膜被覆的矽合金顆粒進行燒結，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98.5%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.0×105 S/m，熱導率為5.5W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(84.6μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.40。 ＜實施例15＞ (矽合金顆粒的調製) 與實施例14同樣地得到矽合金顆粒。 (顆粒的被覆) 除了使用添加有2.0g的蔥來代替2.0g的菲的混合物以外，進行與實施例9同樣的處理，得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.6g的三丁基硼烷後進行燒結以外，進行與實施例9同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出碳化矽的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.2×105 S/m，熱導率為6.2W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(80.9μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.3。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.36。 ＜實施例16＞ (矽合金顆粒的調製) 除了使用使用95莫耳%的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以及5莫耳%的四乙基鍺(GeEt4 、純度99.9%)來代替100莫耳%的甲矽烷(SiH4 、純度99.9%)以外，與實施例11同樣地得到矽合金顆粒。得到作為平均粒徑大約150nm的聚合體的矽合金顆粒，其晶體的平均直徑為10nm。 (顆粒的被覆) 與實施例11同樣地得到由單分子膜被覆的矽合金顆粒。 (燒結) 除了針對所得到的5.0g的由單分子膜被覆的矽顆粒在添加1.6g的三丁基硼烷後進行燒結以外，進行與實施例11同樣的處理，得到燒結體，並進一步得到長方體狀的切片。 (結構和特性) 利用阿基米德法測量出的燒結體的密度為粉碎前的矽合金的98%。另外，利用透射電子顯微鏡(TEM)對燒結體的剖面進行觀察，觀察到平均粒徑100nm的矽合金晶粒緊密結合的結構。另外，在該矽合金的晶界附近確認出由碳化矽和氮化矽組成的顆粒狀的分散物，其粒徑為大約20nm。 燒結體在27℃下的電導率為1.1×105 S/m，熱導率為5.7W/m．K。根據燒結體的塞貝克係數(84.2μV/K)對摻雜物濃度進行計算，以[1020 原子數/cm3 ]為單位為3.0。另外，527℃下的熱電性能指數ZT為0.40。 本申請案係主張基於2017年5月19日向日本國特許廳申請的日本專利申請案第2017-100107號、2017年5月19日向日本國特許廳申請的日本專利申請案第2017-100108號、2017年10月13日向日本國特許廳申請的日本專利申請案第2017-199057號的優先權，其全部內容係藉由參照而併入本申請中。
2‧‧‧晶粒3‧‧‧奈米顆粒5‧‧‧矽氧化物的膜
圖1A是表示本發明的一個實施方式中的半導體燒結體的結構的示意圖。 圖1B是先前技術中的半導體燒結體的結構的示意圖。 圖2是本發明的一個實施方式中的半導體燒結體的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
2‧‧‧晶粒
3‧‧‧奈米顆粒

Claims (13)

  1. 一種半導體燒結體，包括多晶體，該多晶體包括矽或矽合金，構成該多晶體的晶粒的平均粒徑為1μm以下，在該晶粒的晶界存在包括矽的碳化物、氮化物、氧化物的一種以上的奈米顆粒，且該半導體燒結體所包含的所有奈米顆粒之中存在於界面處的奈米顆粒的比例為90%以上。
  2. 根據請求項1所述的半導體燒結體，其中，該奈米顆粒的平均粒徑為10~50nm。
  3. 根據請求項1或2所述的半導體燒結體，其中，該半導體燒結體含有選自磷、砷、銻、鉍的一種以上的摻雜物。
  4. 根據請求項1或2所述的半導體燒結體，其中，該半導體燒結體含有選自硼、鋁、鎵、銦、鉈的一種以上的摻雜物。
  5. 根據請求項3所述的半導體燒結體，其中，該半導體燒結體的27℃下的電導率為100,000S/m以上。
  6. 根據請求項3所述的半導體燒結體，其中，該半導體燒結體的27 ℃下的塞貝克係數為-150~50μV/K。
  7. 一種電氣電子構件，包括根據請求項1至6中任一項所述的半導體燒結體。
  8. 一種半導體燒結體的製造方法，包括：準備包括矽或矽合金、並且平均粒徑小於1μm的顆粒的步驟；在該顆粒的表面形成包括芳香族化合物的皮膜的皮膜形成步驟；以及對在表面形成有該皮膜的顆粒進行燒結，以獲得半導體燒結體的燒結步驟。
  9. 根據請求項8所述的半導體燒結體的製造方法，其中，該芳香族化合物具有包含或不包含選自氧原子、硫原子、氮原子的雜原子的1~6個芳香環。
  10. 根據請求項8或9所述的半導體燒結體的製造方法，其包括：添加包括選自磷、砷、銻、鉍的一種以上的摻雜物的摻雜物添加步驟。
  11. 根據請求項8或9所述的半導體燒結體的製造方法，其包括：添加包括選自硼、鋁、鎵、銦、鉈的一種以上的摻雜物的摻雜物添加步驟。
  12. 根據請求項8或9所述的半導體燒結體的製造方法，其中，以900℃以上進行該燒結步驟。
  13. 根據請求項8或9所述的半導體燒結體的製造方法，其中，該燒結步驟包括進行放電電漿燒結。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7010474B2 (ja) * 2018-01-10 2022-02-10 国立研究開発法人物質・材料研究機構 断熱材料、その製造方法および内燃機関
KR102183258B1 (ko) 2019-04-18 2020-11-26 주식회사 티씨케이 SiC 소재 및 이의 제조방법
JP7449549B2 (ja) 2019-12-25 2024-03-14 株式会社テックスイージー 熱電素子及びその製造方法
CN117069500A (zh) * 2023-08-14 2023-11-17 陕西科技大学 一种硅化镁热电半导体材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002071B1 (en) * 1999-03-10 2006-02-21 Sumitomo Special Metals Co. Ltd. Thermoelectric conversion material and method of producing the same

Family Cites Families (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5941562B2 (ja) * 1977-06-23 1984-10-08 松下電器産業株式会社 赤外線フイルタ
JPH0738156A (ja) 1993-07-20 1995-02-07 Mitsubishi Materials Corp 熱発電材料およびその製造方法
CN1162920C (zh) * 1997-10-24 2004-08-18 住友特殊金属株式会社 热电转换材料及其制造方法
JP2000261045A (ja) 1999-03-10 2000-09-22 Sumitomo Special Metals Co Ltd 熱電変換材料の製造方法
JP2001068744A (ja) 1999-08-30 2001-03-16 Sumitomo Special Metals Co Ltd 熱電変換材料と熱電変換素子
JP2000261044A (ja) * 1999-03-10 2000-09-22 Sumitomo Special Metals Co Ltd 熱電変換材料とその製造方法
US6759587B2 (en) 2001-04-27 2004-07-06 Hokushin Corporation Thermoelectric materials, thermoelectric device, and method for producing thermoelectric materials
JP4296236B2 (ja) * 2001-04-27 2009-07-15 学校法人東京理科大学 熱電材料及び熱電素子並びに熱電材料の製造方法
US7465871B2 (en) * 2004-10-29 2008-12-16 Massachusetts Institute Of Technology Nanocomposites with high thermoelectric figures of merit
US8865995B2 (en) 2004-10-29 2014-10-21 Trustees Of Boston College Methods for high figure-of-merit in nanostructured thermoelectric materials
US9865790B2 (en) 2004-12-07 2018-01-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Nanostructured bulk thermoelectric material
JP2006176859A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Canon Anelva Corp シリコンナノ結晶構造体の作製方法
JP4726747B2 (ja) * 2005-10-25 2011-07-20 独立行政法人物質・材料研究機構 マグネシウム、珪素、スズからなる金属間化合物の焼結体およびその製造方法
KR20090107491A (ko) * 2006-12-20 2009-10-13 소와 케이디이 가부시키가이샤 열전변환 재료, 그 제조 방법 및 열전변환 소자
JP2009117729A (ja) * 2007-11-09 2009-05-28 Nippon Electric Glass Co Ltd ドーパントホストおよびその製造方法
CN101226983B (zh) 2008-02-22 2010-06-02 浙江大学 一种原位纳米复合Mg-Si-Sn基热电材料及其制备方法
TWI485266B (zh) * 2009-07-27 2015-05-21 Univ Tokyo Sci Educ Found Aluminum-magnesium-silicon composite material and method for manufacturing the same, and thermoelectric conversion material, thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module using the composite material
JP2011116575A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Sumitomo Electric Ind Ltd マグネシウムシリサイドの製造方法、マグネシウムシリサイド、電極部材および熱電素子
JP5598792B2 (ja) * 2010-05-28 2014-10-01 株式会社三徳 マグネシウム−シリコン系熱電変換材料およびその製造方法
US8435429B2 (en) * 2010-07-22 2013-05-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Process for optimum thermoelectric properties
JP5206768B2 (ja) * 2010-11-08 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 ナノコンポジット熱電変換材料、その製造方法および熱電変換素子
JP6099304B2 (ja) * 2010-12-10 2017-03-22 帝人株式会社 半導体積層体、半導体デバイス、及びそれらの製造方法
JP5737566B2 (ja) 2011-03-10 2015-06-17 日立化成株式会社 マグネシウムシリサイド焼結体の製造方法及びそれを用いた熱電変換素子の製造方法
US20120282435A1 (en) * 2011-03-24 2012-11-08 University Of Massachusetts Nanostructured Silicon with Useful Thermoelectric Properties
US10811160B2 (en) * 2011-05-27 2020-10-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method of producing thermoelectric material
US10672966B2 (en) * 2011-05-27 2020-06-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Method of producing thermoelectric material
JP5637075B2 (ja) * 2011-06-03 2014-12-10 トヨタ自動車株式会社 ナノ複合材料の製造方法
JP5838050B2 (ja) * 2011-06-24 2015-12-24 直江津電子工業株式会社 マグネシウムシリコン合金の製造方法
KR102001062B1 (ko) * 2012-01-16 2019-10-01 삼성전자주식회사 나노복합체형 열전재료, 이를 포함하는 열전모듈과 열전장치
JP6054606B2 (ja) * 2012-01-26 2016-12-27 トヨタ自動車株式会社 熱電半導体
JP6189582B2 (ja) * 2012-04-05 2017-08-30 トヨタ自動車株式会社 ナノコンポジット熱電変換材料の製造方法
JP2014022731A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 熱電材料
US20140116491A1 (en) 2012-10-29 2014-05-01 Alphabet Energy, Inc. Bulk-size nanostructured materials and methods for making the same by sintering nanowires
US10043963B2 (en) 2013-01-31 2018-08-07 Hitachi, Ltd. Thermoelectric conversion element and thermoelectric conversion module
US20140360546A1 (en) * 2013-06-08 2014-12-11 Alphabet Energy, Inc. Silicon-based thermoelectric materials including isoelectronic impurities, thermoelectric devices based on such materials, and methods of making and using same
JP2015056491A (ja) * 2013-09-11 2015-03-23 トヨタ自動車株式会社 ナノコンポジット熱電変換材料及びその製造方法
JP2015115476A (ja) * 2013-12-12 2015-06-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱電材料とその製造方法
CN104103750B (zh) * 2014-07-23 2017-01-25 太原理工大学 镁硅基硅纳米线复合热电材料的制备方法
JP2016131232A (ja) * 2014-08-28 2016-07-21 小林　光 半導体基板、半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、太陽電池および太陽電池の製造方法並びに太陽電池の製造装置。
US9793461B2 (en) 2014-09-05 2017-10-17 Mossey Creek Technologies, Inc. Nano-structured porous thermoelectric generators
US9472745B2 (en) * 2015-02-20 2016-10-18 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy CVD nanocrystalline silicon as thermoelectric material
JP2016219666A (ja) * 2015-05-22 2016-12-22 トヨタ自動車株式会社 熱電材料及びその製造方法
JP6504602B2 (ja) * 2015-06-25 2019-04-24 国立大学法人広島大学 熱電変換薄膜形成用組成物及び熱電変換薄膜の製造方法
KR101997203B1 (ko) 2015-07-21 2019-07-05 주식회사 엘지화학 화합물 반도체 열전 재료 및 그 제조방법
WO2017038324A1 (ja) 2015-08-31 2017-03-09 富士フイルム株式会社 熱電変換モジュール
JP2017057237A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 日油株式会社 熱可塑性エラストマー
EP3343651B1 (en) * 2015-10-02 2019-09-18 Central Glass Company, Limited Thermoelectric conversion material and method for producing same
KR101774649B1 (ko) * 2015-10-14 2017-09-04 현대자동차주식회사 나노복합체형 열전소재 및 이의 제조방법
JP2017100108A (ja) 2015-12-04 2017-06-08 株式会社日本トリム 電解水生成装置
JP6568785B2 (ja) 2015-12-04 2019-08-28 太陽工業株式会社 廃棄物処分場、廃棄物処分場の遮水シートの破損検知システム
JP2017199057A (ja) 2016-04-25 2017-11-02 京セラ株式会社 電子機器、電子機器の制御方法、電子機器の制御装置、制御プログラムおよび電子機器システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7002071B1 (en) * 1999-03-10 2006-02-21 Sumitomo Special Metals Co. Ltd. Thermoelectric conversion material and method of producing the same

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Increased Phonon Scattering by Nanograins and Point Defects in Nanostructured Silicon with a Low Concentration of Germanium"，PRL 102,196803 (2009) *
"Increased Phonon Scattering by Nanograins and Point Defects in Nanostructured Silicon with a Low Concentration of Germanium"，PRL 102,196803 (2009)。
"Microstructure and Creep Behavior of a Si3N4–SiC Micronanocomposite"，JACS, 92(2), 2009, 439-444; *
Role of oxygen on microstructure and thermoelectric properties of silicon nanocomposites"，JAP 110 113515 (2011); *

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