金属ドープβ-菱面体晶ボロンにおける熱電特性向上とp-n特性制御

摘要

The effects of Cu-doping into β-rhombohedral boron on the thermoelectric properties have been investigated. The electrical conductivity increases with increasing Cu concentration up to 5 at%, while a positive Seebeck coefficient monotonically decreases because of an increase in the carrier concentration. Consequently, the power factor enhances by four times from 22 μW m~(-1)K~(-2) to 90 μW m~(-1)K~(-2) at 973 K. In addition, Cu-doping contributes to lower the thermal conductivity from 4.3 W m~(-1)K~(-1) to 2.3 W m~(-1)K~(-1) at 973 K due to an increase in phonon scattering events. The dimensionless figure of merit, ZT， enhances from 0.006 to 0.038 at 973 K for Cu_4B_(105) as p-type. The observed ZT is higher than that of conventional thermoelectric boride B_4C.%半導体ボロンにおける，ドーピングによるキャリア濃度調整を行い，n型(Vドープ)およびp型(Cuドープ)で既存のボロン化合物であるB_4Cを上回る無次元熱電性能指数ZTを得た.このことは，同一合金系でのモジュール設計が可能であることを示している.Cuドープによるキャリア濃度調整および熱伝導率低減の相乗効果により，Cu_(4.0)B_(105)で最も高いZT=0.038(973K)を示した.今後，高温熱電変換材料としての可能性を評価する上では，1000 K以上の高温領域での熱電物性測定が望まれる.