TOP > 国内特許検索 > 二次元酸化物自然超格子を用いた熱電材料とその製造方法

二次元酸化物自然超格子を用いた熱電材料とその製造方法 コモンズ

国内特許コード P05P002454
整理番号 Y2003-P486
掲載日 2005年10月14日
出願番号 特願2004-085615
公開番号 特開2005-276952
登録番号 特許第4372587号
出願日 平成16年3月23日(2004.3.23)
公開日 平成17年10月6日(2005.10.6)
登録日 平成21年9月11日(2009.9.11)
発明者
  • 吉田 博
  • 船島 洋紀
  • 濱田 幾太郎
  • 播磨 尚朝
  • 柳瀬 章
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 二次元酸化物自然超格子を用いた熱電材料とその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】二次元酸化物自然超格子を用いた高効率熱電材料とその熱電特性の調整方法。
【解決手段】デラッフォサイト構造(CuAlO2など)を持つ二次元酸化物自然超格子を用い
て、二次元のフェルミ面をp型アクセプター及びn型ドナーをドープすることによって制御
する方法、及び、それによって生じる熱電性能指数ZTがその結果、熱電性能指数ZTが実用
的な値の1.0から最大で3.6を示すものが得られ、3を越える超高効率熱電材料の提供、及
びその熱電特性を調整することができる方法を提供する。
【選択図】 図7
従来技術、競合技術の概要


電気エネルギーを熱エネルギー(冷却)に変えるペルチエ効果や熱エネルギーを電気エネ
ルギーに変えるゼーベック効果は、PbTe,Bi2Te3などの物質で実現されている。熱電材料
は、高精度で、メカニズムが簡単であるという利点があるものの、現在までに実用化され
ている無次元熱電性能指数ZTが1を大きく越える超高効率熱電材料は存在せず、熱電効率
が低く高コストであることが大きな欠点となっている。



現実には、ペルチエ効果を利用した半導体デバイスの冷却や12~16℃で冷却保存するワイ
ンセラーだけで実用化が行われている。冷蔵庫や冷凍庫の実用化に不可欠の無次元熱電性
能指数ZTが3を越える超高効率熱電材料は存在せず、このような状況の中でZTが3を越える
超高効率熱電材料の開発が期待されている。



最近、Si/Ge超格子構造あるいはその合金体にドーパントを添加して不完全エピタキシャ
ル成長させたSiGe熱電材料においてZT=100が可能であることが特許文献1に開示されて
いる。その他に、酸化物系熱電材料として、NaCoO2系(Na系)、Ca3Co4O9系(Ca系)、ZnO-
In2O3系、CuMO2(M=Al,In,Ga,Fe)で示されるデラッフォサイト構造の化合物などが知られ
ている。図1は、デラッフォサイト構造(CuAlO2)を持つ二次元酸化物自然超格子の結晶
構造の説明図である。CuAlO2は、二次元構造を持つAlO2層と、O-Cu-Oからなるダンベルを
二次元的に並べたO-Cu-O層とから構成されている。デラッフォサイト構造の酸化物は、層
状構造を有することを特徴とし、層に平行な方向と垂直な方向とで電気伝導度の異方性を
生じる。



なお、透明で導電性を示すデラッフォサイト構造の酸化物の発明が特許出願されている(
特許文献2)が、デラッフォサイト構造の酸化物でZTが1を大きく越える超高効率熱電材
料の開発の例はなく、ZTが3を越える超高効率熱電材料の実現は報告されていない。



【特許文献1】
特開2003-282977号公報
【特許文献2】
特開平11-278834号公報

産業上の利用分野


本発明は、熱電材料、特に、CuAlO2などのデラッフォサイト構造を持つ二次元酸化物自然
超格子を用いた熱電材料とその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
デラッフォサイト構造を持つ二次元酸化物自然超格子としてCuAlO2薄膜を用いて、Cu又は
Alを遷移金属元素又は希土類金属で5at%以下置換して、Cu又はAlを遷移金属元素又は
希土類金属で置換されたCuAlO2薄膜とし、さらに、p型アクセプター及び/又はn型ドナー
をドープすることによって半導体領域から金属領域へ転移した二次元のフェルミ面の形状
を有し、無次元熱電性能指数ZTが1以上であることを特徴とする薄膜熱電材料。

【請求項2】
請求項1に記載の熱電材料の格子間位置に酸素原子を導入しことを特徴とする薄膜熱電
材料。

【請求項3】
デラッフォサイト構造を持つ二次元酸化物自然超格子のCuAlO2薄膜をMBE法により結晶成
長中にn型ドーパント又はp型ドーパントの少なくとも一方を添加し、さらに、遷移金属又
は希土類金属の群から選ばれる少なくとも1種の元素を添加して固溶させる際に、添加す
る元素の濃度を調整して二次元のフェルミ面の形状を制御することを特徴とする請求項1
記載の薄膜熱電材料の製造方法。

【請求項4】
請求項に記載の方法において、結晶成長中にさらに格子間位置に酸素原子を導入するこ
とを特徴とする薄膜熱電材料の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

※ 画像をクリックすると拡大します。

JP2004085615thum.jpg
出願権利状態 登録
ライセンスをご希望の方、特許の内容に興味を持たれた方は、問合せボタンを押してください。


PAGE TOP

close
close
close
close
close
close
close