研究代表者らが開発した超高集積シリコン熱電発電デバイスのさらなる高出力化にむけて、熱電

レグ層と同じレイヤー内で多段直列接続させる新たな集積化技術を開発した。Siレグ部を除いた配線部をニッケルシリサイド (NiSi) 化した多段熱電デバイスを作製し、発電性能に及ぼす影響を調査した。実験の結果、デバイスの内部抵抗は配線部のNiSi化によって大幅に低減された。NiSi化しない同形状のデバイスと比較して、概ね発電密度が勝った。一部、Siレグ長が短い領域で逆転がみられたが、これはSiレグに接続するパッド部のSiにおける熱起電力の影響と考えられる、微細化とともにこのSiパッド部の面積は減少させる必要があるため、微細化を進めた極限では、レグ長に関係関係なくNiSi化により内部抵抗を低下させたデバイスの方が有利になると考えられる。

　さらに本研究では、中低温領域ですぐれた熱電性能を有するマグネシウムシリサイド(Mg₂Si) を用いたマイクロ熱電デバイスの開発に取り組んだ。SOI基板にMg薄膜をイオンビームスパッタリングで堆積し、400℃のアニール処理を5時間行ってシリサイド化を行った。作製した薄膜の結晶構造を、斜入射XRDを用いて評価したところ、堆積するMg層が薄い場合は未反応のSi結晶由来のピークが観測され、厚くしすぎると余剰Mgが酸化膜を形成する。Mg₂Siの化学量論比から決まれる理想的な膜厚のMg層を堆積すると、Siピークが消失し、Mg₂Siからの強い回折線が得られた。電気抵抗測定の結果、報告されているMg₂Siと同程度のシート抵抗が得られた。このMg₂Si薄膜資料をフォトリソグラフィおよびエッチングによりパターニングを行って熱電デバイスを試作し、熱起電力の計測に成功した。現状、Mg₂Siのパワーファクタは室温付近ではSiに及ばないが、今後添加元素の種類や量を最適化することで、中低温領域だけでなく、室温付近でもSiを凌ぐ発電性能が実現される可能性がある。