熱電材料薄膜の性能指数測定について

質問

熱電材料の性能指数を求めるために
ゼーベック係数や、熱伝導率、電気伝導率の測定が必要です。
それらの測定装置や測定方法はたくさん乗っていますが
みな、測定資料には、ある程度の厚さ（数mm)が必要（バルク材）とされています。

そこで質問ですが
薄膜の測定に関してはどうしたらいいのでしょうか？
どなたかいいアイデアをお願いします。

回答No.2

774 · ベストアンサー

>性能に関して面内方向と膜厚方向とに差はあるのでしょうか？

結晶単位格子の性質、集合組織(配向)によっては異方性が生じます。

ゼーベック係数、熱伝導率の膜厚方向の測定については先の回答に書いた通りです。比抵抗については
導電性の基板であれば膜表面に電極付けして
膜厚方向に電流を流して抵抗を測定、
膜厚から計算することになると思います。
接触抵抗の影響は膜厚を変えた試料を測定することで
さっぴけますが、厚さにより膜質が変わることもあり注意が必要です。
導電性の基板でない場合は、基板表面の一部に電極付けしてから成膜する等の工夫が必要です。

>面内を測る意味がないのでは？と思うのですが。

膜厚方向が測定不能／測定できても誤差が大きい場合、意味があると思います。
（膜質の評価、別の方法で用いて測定した異方性から膜厚方向の特性を逆算、等）

回答No.1

774

膜の比抵抗は（面内方向であれば）
よくある簡単な測定なので、他の二つについて。

絶縁基板上の膜面に平行な方向のゼーベック係数であれば、基板についたまま膜面に平行な方向に温度差をつければいいので、バルクと同様に測定できます。膜厚方向は外部からの加熱で温度差をつけるのが難しいので、膜厚方向に電流を流せる工夫をしてペルチェ効果による温度差から性能指数を逆算することになると思います。

熱伝導率は、基板の影響があるので簡単には測定できません。基板についたまま熱伝導率を測定して、計算で
基板の影響をさっぴくことになると思います。

補足

お返事遅くなりましたが、性能に関して面内方向と膜厚方向とに差はあるのでしょうか？バルク材の場合は気にすることはないと思うのですが、薄膜の場合はどうでしょう？電気抵抗率を四端子法で測定すると面内方向しか測れませんよね。実際製品として使用する場合は明らかに膜厚方向での性能を利用する気がするのですが。だから面内と膜厚方向で大きな差があったら面内を測る意味がないのでは？と思うのですが。どうでしょうか？