【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.07.28】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22OS1021
利用課題名 / Title
不純物添加によるエピタキシャルZnO薄膜の熱電性能向上
利用した実施機関 / Support Institute
大阪大学 / Osaka Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials
キーワード / Keywords
熱電材料・素子, エレクトロセラミクス, 薄膜
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
石部 貴史
所属名 / Affiliation
大阪大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
OS-119：自動制御型パルスレーザ蒸着ナノマテリアル合成装置
OS-114：RFスパッタ成膜装置（金属成膜用）
OS-117：EB蒸着装置
OS-120：薄膜X線回折装置
OS-124：位相変調型分光エリプソメーター
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
熱電発電の応用先の拡大に向けて、透明な熱電材料に着目した。そこで、高い熱電出力因子が期待される単結晶の酸化亜鉛薄膜に対し、ドーパント不純物の導入による熱電出力因子の最適化とフォノン散乱促進をすることで、さらなる高熱電出力因子と低熱伝導率の実現を目指す。本研究では、自動制御型パルスレーザー蒸着ナノマテリアル合成装置（PLD装置）を用いて、不純物を導入したサファイア基板上エピタキシャル酸化亜鉛薄膜の作製条件を探る。また、様々な成長条件で試料の熱電性能を評価し、各成長条件と熱電性能の関係を体系的にまとめる。
実験 / Experimental
自動制御型パルスレーザー蒸着ナノマテリアル合成装置（PLD装置）を利用して、系統的にパラメータ（基板の種類や方位、膜厚、酸素圧、Alドープ量）を変えながら、サファイア基板上Al doped ZnO薄膜の製膜を行った。構造評価にはXRD、分光エリプソメトリを、熱電特性評価用の電極形成に電子線蒸着装置、RFスパッタリング装置を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
熱電特性向上に向けて、自動制御型パルスレーザー蒸着ナノマテリアル合成装置（PLD装置）を用いて基板の種類や方位、膜厚、酸素圧、Alドープ量を変えてZnO薄膜を成長した。基板方位の違いにより薄膜中の歪が大きく異なることがわかった。この歪の影響でゼーベック係数が増大する現象を観測した。さらに、酸素分圧とAlドープ量の最適化により、高熱電出力因子が得られるキャリア濃度を明らかにした。その結果、従来の多結晶ZnO薄膜を大きく上回る熱電出力因子を達成した。本成果は、透明熱電材料研究を前進させるさきがけ的な結果と言える。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件