[发明专利]热电材料、热电元件、光学传感器和热电材料的制造方法

说明书

本发明是为了在含有纳米粒子的热电材料中实现更好的热电特性。热电材料包含分散在具有带隙的第一材料和不同于第一材料的第二材料的混合体中的多个纳米粒子。第一材料含有Si和Ge。所述第二材料的原子浓度和Si对Ge的组成比满足下式(1)和(2)中的关系式，其中c表示所述热电材料中所述第二材料的原子浓度(单位为原子％)且r表示所述热电材料中Si对Ge的组成比：r≤0.62c‑0.25(1)；r≥0.05c‑0.06(2)。

技术领域

本发明涉及热电材料、热电元件、光学传感器和热电材料的制造方法。

本申请要求于2016年6月1日提交的日本专利申请No.2016-109968的优先权并通过引用并入该日本申请中的全部记载内容。

背景技术

近年来已知(例如，L.D.Hicks等人，PRB 47(1993)12727(非专利文献1)和L.D.Hicks等人，PRB 47(1993)16631(非专利文献2))或已证明了(例如，L.D.Hicks等人，PRB 53(1996)R10493(非专利文献3))，通过经由量子阱和量子线来降低载流子(自由电子或自由空穴)的维度以及增加声子散射，可以控制塞贝克系数(Seebeck coefficient)S和热导率κ。

通过形成粒子而进一步降低其中的载流子的维度的热电材料是已知的(日本特开2002-076452号公报(专利文献1))。

此外，作为降低载流子维度的另一个例子报导了(H.Takiguchi等人，JJAP 50(2011)041301(非专利文献4))，通过对硅锗金(SiGeAu)薄膜进行退火处理而在所述薄膜中形成SiGe的纳米粒子，热电特性与体相SiGe相比得到了改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-076452号公报

非专利文献

非专利文献1：L.D.Hicks等人，PRB 47(1993)12727

非专利文献2：L.D.Hicks等人，PRB 47(1993)16631

非专利文献3：L.D.Hicks等人，PRB 53(1996)R10493

非专利文献4：H.Takiguchi等人，JJAP 50(2011)041301

发明内容

本公开中的热电材料包含含有Si和Ge的第一材料和不同于所述第一材料的第二材料。所述热电材料包含分散在所述第一材料和第二材料的混合体中的多个纳米粒子。所述第二材料的原子浓度c和组成比r满足下式(I)和(II)中的关系式，其中c表示热电材料中第二材料的原子浓度(单位为原子％)且r表示所述热电材料中Si对Ge的组成比：

r≤0.62c-0.25...(I)

r≥0.05c-0.06...(II)。

本公开中的热电材料的制造方法包括交替堆叠由Ge构成且含有所述第二材料的第一层和由Si构成且不含有所述第二材料的第二层。所述第二材料的原子浓度c和组成比r满足式(I)和(II)中的关系式，其中c表示热电材料中第二材料的原子浓度(单位为原子％)且r表示所述热电材料中Si对Ge的组成比(Si/Ge)。

附图说明

图1是显示第一实施方式的热电材料的构造的示意图。

图2是显示量子点的粒径与量子能级之间的关系的图。

图3是显示距纳米粒子末端的距离与载流子的存在概率之间的关系的图。

图4是示意性显示在第一实施方式中在进行一次堆叠步骤之后并且在退火处理之前的状态下的堆叠体的横截面图。