CN103493231B

CN103493231B - 热电元件

Info

Publication number: CN103493231B
Application number: CN201180015491.1A
Authority: CN
Inventors: 多井知义; 铃木健司; 近藤顺悟
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: KR101331336B1; JPWO2012114579A1; WO2012114579A1; EP2554958A9; CN103493231A; JP5174995B2; CN102822646B; KR101283058B1; EP2555266A1; US20130015353A1; CN102822646A; US8754373B2; US20130020484A1; JP5730327B2; KR20120115584A; WO2012114972A1; EP2555266A4; JPWO2012114972A1; EP2554958A4; EP2554958A1

Abstract

热电元件(10)包括：为具有作为结晶轴的X轴、Y轴和Z轴钽酸锂单晶基板的热电基板(20)、设于该热电基板(20)的表面的表面电极(41，42)、和与各表面电极(41、42)成对的背面电极(51、52)。热电基板(20)为将钽酸锂的单晶以绕与沿电极的面的方向一致的X轴、从Y轴开始向Z轴方向仅转动切割角θ后的角度切出的Y切割板，切割角θ为30～60°、120～150°。热电基板（20）的厚度优选为10μm以下，更优选为5～10μm。

Description

热电元件

技术领域

本发明涉及热电元件。

背景技术

作为安保用或气体检测用的红外线检测器，采用热电元件。热电元件包括：热电基板、和设置在该热电基板的表面和背面的一对电极。向热电元件的表面照射红外线的话，热电基板的温度上升。这样，随着其温度变化自发极化发生改变，热电基板的表面的电荷的平衡状态破坏，产生电荷。发生的电荷通过与一对电极连接的导线被取出，以检测红外线。

因此，热电元件已知有，作为热电基板采用热电系数大性能指数高的钽酸锂(LiTaO₃，以下简称为「LT」)的(例如专利文献1)。在这样的采用LT的热电元件中，有产生称为爆裂噪声的突发噪声的问题。爆裂噪声的产生原因，认为是在热电基板的表面蓄积的电荷变为高电压而被放电。抑制这样的爆裂噪声的发生的技术开发有多种(例如专利文献2，3)。专利文献2中记载了，打通(くりぬき)受光部的周围三个方向，抑制施加热变化时产生的应力集中，结果，爆裂噪声的发生显著减少。专利文献3中记载了，热电基板的体积电阻率若在1×10¹⁰～1×10¹³Ωcm的话，即使随着温度变化产生电荷，产生的电荷在热电基板内通过快速消灭，因此热电基板的表面不产生高电压，放电性得到抑制、爆裂噪声也可被减少。

【专利文献1】特开平6-160194

【专利文献2】特开平10-2793

【专利文献3】特开2006-203009

发明内容

但是，专利文献2中，热电基板通过喷砂打通，因此工序数增加，并产生由于加工的不稳定性导致的灵敏度的不稳定的问题。又，专利文献3中，由于减小体积电阻率，导致热电性劣化且灵敏度降低。因此，寻求易于抑制爆裂噪声的发生的方法。又，即使能够抑制爆裂噪声的发生，S/N比大幅降低，因此实际应用上存在问题，因此寻求还能够相应抑制S/N比降低的方法。

本发明是为了解决上述问题而做出的，其主要目的在于，在不导致S/N比大幅降低的前提下，容易地抑制爆裂噪声的发生。

本发明者锐意研究，发现采用LT基板作为热电基板时，以往虽然采用热电系数大的Z板(电极面的法线方向与单晶的Z轴一致的LT基板)，其热电系数虽大但会产生爆裂噪声。然后，发现采用LT单晶但非Z板、且具有规定的切割角的Y切割板作为热电基板的话，可抑制爆裂噪声的发生，并相应抑制S/N比的下降，从而完成本发明。

本发明的热电元件包括：热电基板、和设置的该热电基板的表面和背面的一对电极，该热电基板为具有作为结晶轴的X轴、Y轴和Z轴的钽酸锂单晶基板，

所述热电基板是以绕所述X轴从所述Y轴开始向所述Z轴方向仅转动切割角θ后的角度切割所述钽酸锂单晶得到的Y切割板，所述X轴与沿所述电极的面的方向一致，所述切割角θ为30°～60°，120°～150°。

切割角θ通常设定为0°～180°的范围。切割角θ为90°的基板为基板表面的法线方向与Z轴一致的基板，其称为Z板。切割角θ为0°或180°的基板为基板表面的法线方向与Y轴一致的基板，其称为Y板。于是，切割角θ为0°＜θ＜90°、90°＜θ＜180°的基板称为Y切割板。LT单晶构成的热电基板在Z轴方向产生热电电荷，因此电极面的法线方向与Z轴一致的Z板情况下，热电系数最大，Y切割板的情况下，比Z板的热电系数小。又，Y切割板中，切割角θ为0°＜θ＜90°的范围内时，切割角θ越小，电极面的法线方向与Z轴所成的角度越大，因此热电系数越小。又，切割角在90°＜θ＜180°的范围内时，切割角θ越大，电极面的法线方向与Z轴所成的角度越大，因此热电系数越小。

这里，得知切割角θ在0°＜θ＜90°的范围内时，如果在60°以下则可抑制爆裂噪声的发生。即，等于或小于切割角θ为60°时的热电系数的话，可抑制爆裂噪声的发生。根据结果，切割角θ在90°＜θ＜180°的范围内时，如果在120°以上的话，可抑制爆裂噪声的发生。由于电极面的法线方向与Z轴所成的角度在切割角θ为60°时和120°时是相同的，因此热电系数也为相同值。一方面，切割角θ在0°＜θ＜90°的范围内时，已知如果为30°以上，则S/N比可维持在使用基板厚40μm以上的Z板时的50％以上。根据该结果，切割角θ为90°＜θ＜180°的范围内时，如果为150°以下，S/N比可维持在使用基板厚40μm以上的Z板时的50％以上。根据以上，如果切割角θ为30°～60°、120°～150°，可抑制爆裂噪声的发生，并抑制S/N比的下降。

本发明的热电元件中，Y切割板的厚度优选在10μm以下(例如1～10μm)。Y切割板的厚度为1～10μm时S/N比为与Z板大致相等的一定值，但如果超过10μm，随着逐渐变厚，S/N比有降低的倾向。另，Y切割板的厚度为5～100μm的范围，电压灵敏度相比Z板稍小，为大致一定的值，在不到5μm的范围，随着厚度减小，电压灵敏度有减小的倾向。

附图说明

图1为第1实施方式的热电元件10的示意性立体图。

图2为图1的A-A截面图。

图3为热电基板20所用的Y切割板的切割角的说明图。

图4为显示热电元件10的受光部61，62的电连接状态的电路图。

图5为示意性显示热电元件10的制造工序的截面图。

图6为第2实施方式的热电元件210的示意性立体图。

图7为图6的B-B截面图。

图8为显示第2实施方式的热电元件210的制作顺序的说明图。

图9为显示爆裂噪声的测定时进行的热循环的说明图。

图10为测定电压灵敏度和S/N比的实验系统的说明图。

具体实施方式

[第1实施方式]

图1是第1实施方式的热电元件10的示意性立体图，图2是图1的A-A截面图，图3是热电基板20采用的Y切割板的切割角的说明图。

热电元件10构成为包括两个受光部61、62(参照图2)的双路类型的热电元件。该热电元件10包括：热电基板20、支持该热电基板20的支持部件30、设于热电基板20的表面的表面金属层40、设于热电基板20的背面的背面金属层50。

热电基板20为具有作为结晶轴的X轴、Y轴和Z轴的LT单晶的基板。如图3所示，该热电基板20是以绕与沿基板表面(电极面)的方向一致的X轴、从Y轴向Z轴方向转动切割角θ的角度切割LT单晶得到的Y切割板。该Y切割板中，沿电极面的方向为X1，电极面的法线方向为X2，与X1和X2双方正交的轴为X3时，X1与X轴一致，X2为绕X轴从Y轴向Z轴方向仅转动切割角θ的轴，X3为随着其转动从Z轴仅转动切割角θ的轴。切割角θ设定在30°～60°的范围内或120°～150°的范围内。已知X2与Z轴所成的角度(90°-θ)越接近零，即，切割角θ越接近90°，热电系数越大。又，切割角θ的Y切割板与切割角(180°-θ)的Y切割板，由于X2与Z轴所成的角度皆为(90°-θ)，因此热电系数的绝对值相同。又，热电基板20的厚度为10μm以下(例如0.1～10μm)、优选为1～10μm、更优选的为5～10μm。热电基板20的尺寸为，例如宽为0.1～5mm、长为0.1～5mm。

支持部件30包括：支持层32、粘结层34、支持基板36。支持层32形成于热电基板20的背面以支持热电基板20。支持层32的材料可以例举有二氧化硅。支持层32的厚度没有特别限定，例如为0.1～1μm。粘结层34为粘结支持层32和支持基板36的，形成于支持基板36的表面整面。粘结层34的材料，可以例举有使环氧系粘结剂或丙烯酸系粘结剂固化后得到的材料。粘结层34的厚度没有特别限定，例如，0.1～1μm。作为粘结方法，除粘结剂以外也可以采用阳极接合、直接接合法。支持基板36为通过粘结层34被粘结于支持层32的平板状的基板。作为支持基板36的材料，例如有玻璃或LT，LN(铌酸锂)。支持基板36没有特别限定，例如，宽为0.1～5mm，长为0.1～5mm，厚度为0.15～0.5mm。支持层32、粘结层34、支持基板36最好都是比热电基板20的热传导率低的材料。又，如图2所示，该支持部件30中形成有空洞38，支持层32形成为四边包围该空洞38的外周。即，支持层32在空洞38以外的部分从背面支持热电基板20。

表面金属层40形成于热电基板20的表面，包括：在俯视图中形成为纵长的长方形的两个表面电极41、42，与表面电极41导通且在俯视图中形成为正方形的导线部46，与表面电极42导通且在俯视图中形成为正方形的导线部47。作为该表面金属层40的材料，例举有镍或铬，金等金属，优选是红外线吸收率高的。表面金属层40的厚度没有特别限定，例如为0.01～0.2μm。又，表面金属层40也可以是，在热电基板20的表面上形成由铬构成的金属层，进一步在其上形成镍构成的金属层的2层结构。

背面金属层50形成于热电基板20的背面，包括：在俯视图中形成为纵长的长方形的两个背面电极51、52，导通背面电极51和背面电极52且在俯视图中形成为横长的长方形的导线部56。作为该背面金属层50的材料，可采用与上述的表面金属层40相同的材料。背面金属层50的厚度没有特别限定，例如为0.01～0.2μm。背面电极51与表面电极41相对地形成于热电基板20的背面，背面电极52与表面电极42相对地形成于热电基板20的背面。

受光部61包括：一对电极(表面电极41和背面电极51)、热电基板20中夹在表面电极41和背面电极51之间的部分的受光区域21。同样的，受光部62包括：一对电极(表面电极42和背面电极52)、热电基板20中夹在表面电极42和背面电极52之间的部分的受光区域22。该受光部61、62中，由于红外线的照射产生温度变化的话，一对电极间的电压也变化。例如，一旦红外线照射到受光部61，表面电极41和受光区域21吸收红外线而产生温度变化。然后，由此导致的受光区域21的自发极化的变化，体现为表面电极41和背面电极51之间的电压的变化。又，表面电极41、42可以是红外线吸收率高的黑化金箔膜。黑化金箔膜是指微粒子上所堆积的金膜。

接着，对这样构成的热电元件10的动作进行说明。图4是显示热电元件10的受光部61、62的电连接状态的电路图。如图所示，热电元件10的受光部61、62，通过背面电极51、52由导线部56连接，而被串联连接。然后，作为该串联连接的电路的两端的表面电极41、42间的电压，作为导线部46、47间的电压被取出。又，本实施方式中，受光区域21、22的自发极化的朝向为，图4中的相互相反的方向(图2中，同方向)。该热电元件10中，热电基板20为热电体，因此即使是平常时，受光区域21、22也时常产生自发极化。但是，受光部61、62吸收空气中的浮游电荷以与自发极化电平衡，因此在受光区域21、22的表观上的电荷都为零。因此，平常时，表面电极41和背面电极51之间或表面电极42和背面电极52之间不产生电压，导线部46、47之间也不产生电压。又，随着包围热电元件10的环境气体的红外线量的变化(例如周围的温度的变化)，受光区域21、22的温度也一起同样变化时，受光区域21、22的自发极化都发生变化产生电荷的偏移，表面电极41和背面电极51之间或表面电极42和背面电极52之间产生相同大小的电压。但是，受光区域21、22的自发极化的朝向如图4所示，变为相反方向，因此两者的电压抵消，导线部46、47仍不产生电压。这样，热电元件10是以自发极化的朝向为反方向地串联连接的状态连接受光部61、62的双路类型的元件。不仅是平常时，包围热电元件10的环境气体的红外线量发生变化时，在导线部46、47之间也不产生电压，为不容易由于噪声导致误动作的构成。一方面，例如人穿越热电元件10的附近等时，照射到受光部61、62的红外线的量变得不均匀的情况下，受光区域21、22的温度变化不同。因此，该温度变化导致的表面电极41和背面电极51之间产生的电压与表面电极42和背面电极52之间产生的电压为不同的值，无法完全抵消，导线部46、47间产生电压。这样，热电元件10可用作为进行人体检测或火灾检测等的红外线检测装置。又，热电元件10用作为红外线检测装置时，例如，可连接导线部46、47和阻抗转换用的FET(场效应晶体管)以对导线部46、47间的电压进行放大。又，可通过以黑化金箔构成的红外线吸收层覆盖表面电极41、42来提高红外线的吸收效率，或设置滤波器使得仅特定波长的光到达受光部21、22以防止噪声引起的误动作。

接着，对这样的热电元件10的制造方法进行说明。图5是示意性显示热电元件10的制造工序的截面图。首先，准备作为热电基板20的平坦的热电基板120(图5(a))。该热电基板120为具有例如定位边(OF)，能够切出多个热电基板20的大小的晶片。可采用上述材料作为热电基板120的材料。热电基板120的尺寸没有特别限定，例如直径为50～100mm、厚度为200μm～1mm。

接着，在热电基板120的背面形成作为背面金属层50的背面金属层150(图5(b))。背面金属层150是在热电基板120的背面形成多个作为背面金属层50的图形的结构。背面金属层150的材料可采用上述材料。背面金属层150的厚度没有特别限定，例如为0.01～0.2μm。背面金属层150的形成可以通过例如在热电基板120中形成背面金属层150的部分以外以金属掩膜覆盖，再进行真空蒸镀实现。又，也可通过溅射或光蚀刻、丝网印刷形成背面金属层150。

接着，在热电基板120的背面形成作为支持层32的支持层132(图5(c))。支持层132与背面金属层150的位置关系与图1、2的背面金属层50和支持层32的位置关系相同，形成空洞38，在热电基板120的背面形成多个作为支持层32的图形。支持层132的材料可采用上述材料。支持层132的厚度没有特别限定，例如0.1～1μm。支持层132的形成例如如下进行。首先，通过溅射在热电基板120的背面整体形成作为支持层132的层。然后，通过光蚀刻仅在希望作为支持层132保留下来部分形成光刻膜进行蚀刻掩膜后，通过蚀刻去除没有被覆盖蚀刻掩膜的部分(作为空洞38的部分)。这样形成支持层132。

接着，准备作为支持基板36的支持基板136，在支持基板136的表面和支持层132的背面的一方或双方涂布作为粘结层34的粘结剂。然后，贴合支持基板136的表面和支持层132的背面，使得粘结剂硬化形成粘结层134(图5(d))。这样，得到由热电基板120、背面金属层150、支持层132、粘结层134、支持基板136构成的、形成有作为空洞38的空洞138的复合体110。粘结层134的材料可采用上述的。又，粘结层134的厚度没有特别限定，例如为0.1～1μm。

然后，研磨热电基板120的表面使得复合体110中热电基板120达到规定的厚度，之后，在热电基板120的表面形成作为表面金属层40的表面金属层140(图5(e))。表面金属层140是在热电基板120的表面形成多个作为表面金属层40的图形的结构。表面金属层140的形成，使得表面金属层140中作为表面电极41、42的部分分别与作为背面电极51、52的部分成对。表面金属层140的材料可采用上述的材料。表面金属层140的厚度没有特别限定，例如为0.01～0.2μm。表面金属层140的形成可通过与背面金属层150相同的方法进行。这样，复合体110为多个热电元件10的集合体。

然后，从形成有表面金属层140的复合体110切出一个个的热电元件10。这样，获得多个图1～2所示的热电元件10。

这里，对LT基板的热电系数进行说明。LT基板由于在Z轴方向产生热电电荷，因此，电极面的法线方向与Z轴一致的Z板的热电系数最大，Y切割板比Z板的热电系数更小。又，Y切割板中，切割角θ在0°＜θ＜90°的范围内时，切割角θ越小，电极面的法线方向与Z轴所成的角度越大，因此热电系数越小。又，切割角在90°＜θ＜180°的范围内时，由于切割角θ越大，电极面的法线方向与Z轴所成的角度越大，因此热电系数越小。又，热电系数p以下式(1)表示。

p＝(ΔQ/ΔT)×(1/S)…(1)

(ΔQ：电荷变动量、ΔT：温度变化量、S：面积)

这里已知，用于热电基板20的Y切割板的切割角θ在0°＜θ＜90°的范围内时，如果在60°以下可抑制爆裂噪声的发生。即，已知与切割角θ为60°时的热电系数相同或比其小的话，能够抑制爆裂噪声的发生。根据该结果，切割角θ在90°＜θ＜180°的范围内时，可以说在120°以上的话可抑制爆裂噪声的发生。电极面的法线方向与Z轴所成的角度，在切割角θ为60°时和120°时是相同的，因为热电系数为相同的值。一方面，切割角θ在0°＜θ＜90°的范围内时，已知如果为30°以上，S/N比维持在相同板厚的Z板的50％以上。根据该结果，切割角θ在90°＜θ＜180°的范围内时，如果在150°以下，S/N比可维持在相同板厚的Z板的50％以上。根据以上，切割角θ为30°～60°、120°～150°的话，可抑制爆裂噪声的发生，且抑制S/N比的降低。

因此，申请作为本申请的基础申请的US临时申请61/469885时，公知的式Q＝CV(C为电容、V为电压)中考虑电容C为常数，以电荷变动量ΔQ与表面电位的变动量ΔV成比例为前提，通过上式(1)计算热电系数p。然后，切割角θ为30°～60°、120°～150°的范围的话，判断热电系数p可保持为Z板的8成左右。但是，根据之后的研究可知，电容C不是常数，而是随着切割角θ而(例如随sinθ或sin²θ等)变动，热电系数p可能下降到Z板的8成以下。电容C究竟随着切割角θ做怎样的变动，至今没有确定，但认为其为sinθ的函数的可能性较高。

根据以上详述的热电元件10，作为热电基板20，采用切割角θ为30°～60°、120°～150°的LT单晶的Y切割板，由于采用切割角θ为30°～60°、120°～150°的板，在抑制爆裂噪声的发生的同时，还可抑制S/N比下降。又，由于Y切割板的厚度在10μm以下(例如1～10μm)，S/N比进一步提高。

这样的热电元件10，由于可利用直径4英寸的大规格LT基板进行制造，因此适合大量生产。LT单晶通过柴氏法直拉生长，切割角θ为30°～48°的话，可以4英寸直拉。因此，采用切割角θ为30°～48°的LT基板作为热电基板120时，可采用相对于拉制方向呈直角地对直径4英寸的单晶进行切片得到的直径4英寸的LT基板进行制造。另一方面，Z板(θ＝90°)通过采用相对于拉制方向倾斜地对直径4英寸的单晶进行切片得到的LT基板进行制造，但此时LT基板的直径变为3英寸左右。

[第2实施方式]

图6为第2实施方式的热电元件210的示意性立体图，图7为图6的B-B截面图。

热电元件210构成为具有一个受光部261(参照图7)的单路类型的热电元件。该热电元件210包括：热电基板220、支持该热电基板220的支持部件230、设于热电基板220的表面的表面金属层240、设于热电基板220的背面的背面金属层250。

热电基板220为LT单晶的Y切割板，切割角θ为30°～60°、120°～150°。又，热电基板220的厚度为10μm以下(例如1～10μm)，优选为5～10μm。该热电基板220与第1实施方式的热电基板20相同，省略详细说明。

支持部件230包括：支持基板236、和粘结层237。支持基板236形成为内部具有空洞238的四边形的框，其形成于热电基板220的表面以支持热电基板220。支持基板236的材料为例如，玻璃或LT、LN。支持基板236没有特别限定，例如，宽为0.1～5mm、长为0.1～5mm、厚度为0.15～5mm。粘结层237粘结支持基板236和热电基板220。粘结层237的材料例如为使得环氧系粘结剂或丙烯酸系粘结剂固化后的材料。粘结层237的厚度没有特别限定，例如为0.1～1μm。粘结方法除了粘结剂以外，也可采用阳极接合、表面活性化法等的直接接合法。支持基板236、粘结层237都优选比热电基板220的热传导率低的材料。

表面金属层240形成于热电基板220的表面，包括：在俯视图中形成为纵长的长方形的表面电极241、和与表面电极241导通的导线部246。背面金属层250形成为在热电基板220的背面与表面金属层240相对，包括：在俯视图中形成为纵长的长方形的背面电极251、和与背面电极251导通的导线部256。表面金属层240和背面金属层250的材料或厚度与第1实施方式的表面金属层40和背面金属层50相同，这里省略对其说明。

受光部261包括：一对电极(表面电极241和背面电极251)、热电基板220中被夹在表面电极241与背面电极251之间的部分的受光区域221。该受光部261中，由于红外线的照射而产生温度变化的话，一对电极间的电压发生变化。例如，向受光部261的表面侧照射红外线的话，表面电极241和受光区域221吸收红外线产生温度变化。然后，如此产生的受光区域221的自发极化的变化，表现为表面电极241与背面电极251之间的电压的变化。

接着，对于这样构成的热电元件210的动作，如果两个热电元件210的背面电极251之间电连接，且各表面电极241连接有导线的话，其实质与第1实施方式的热电元件10为相同结构且进行相同的动作，在此省略说明。

根据以上详述的热电元件210，热电基板220为LT单晶的Y切割板，切割角θ为30°～60°、120°～150°，因此可抑制爆裂噪声的发生同时抑制S/N比的下降。又，Y切割板的厚度为10μm以下(例如1～10μm)，因此S/N比进一步提高。这样的Y切割板可采用直径4英寸这样的大规格。

又，本发明没有为上述的实施方式所限定，只要在本发明的技术范围内可实施种种变更。

例如，上述的第1和第2实施方式中，空洞38、238由支持层32、支持基板236从四周包围，空洞38，238可为任何形状。例如，可以是由支持层32、支持基板236圆形地包围，另，空洞38、238也可不由支持层32、支持基板236完全包围，空洞38、238的一部分面朝热电元件10、210的外周。

上述的第1实施方式的热电元件10为双路类型、第2实施方式的热电元件210为单路类型，但热电元件10也可为单路类型或四路类型，热电元件210也可为双路类型或四路类型。又，四路类型的热电元件的表面电极和背面电极的形状如例如特开平2006-203009号公报所记载的。

【实施例】

[实施例1]

实施例1中，制作第2实施方式的热电元件210。图8为显示其制作顺序的说明图。

首先，准备具有OF部、直径为4英寸，厚度为350μm的LT基板320。LT基板320采用48°Y切割板(切割角θ＝48°)。该LT基板320切割后为热电基板220。接着，在该LT基板320的表面形成多个由镍和铬构成的表面金属层240(图8(a))。表面金属层240的形成，是通过在LT基板320中形成表面金属层240的部分以外覆盖金属掩膜，再通过真空蒸镀实现。又，真空蒸镀中，首先，铬以/s的淀积速率进行至厚度0.02μm，接着镍以/s的淀积速率进行至厚度0.1μm。真空蒸镀的沉积时的压力为2.7×10^-4Pa，LT基板320的温度为约100℃。这样，形成了厚度0.12μm的表面金属层240。又，表面金属层240的图形为，表面电极241的宽为2mm、长为2mm，导线部246的宽为0.1mm、长为2mm的大小。

接着，准备具有OF部，直径4英寸、厚度为500μm的玻璃基板336，通过水射流法形成宽为3mm、长为3mm的矩形孔338(参照图8(a))。又，玻璃基板336在切割后为支持基板236，矩形孔338在切割后为空洞238。

接着，在LT基板320的表面涂布1μm的环氧粘结剂，并进行对准以使各表面金属层240进入玻璃基板336的各矩形孔338内，并进行贴合。然后，通过压力压接使得环氧粘结剂的厚度为0.1μm，将与玻璃基板336贴合的LT基板320在200℃下放置1小时，以使环氧粘结剂硬化形成粘结层334，作为复合体260(图8(b))。粘结层334在切割后为粘结层237。之后，通过采用了Ar离子的溅射以去除附着于表面金属层240的粘结剂。

然后，将复合体260上下翻转，将玻璃基板336粘结固定于由碳化硅制成的研磨工具上，以固定磨粒的磨削机对LT基板320中没有贴合玻璃基板336的面进行磨削加工，将LT基板320的厚度减薄至50μm。进一步的，以金刚石磨粒对该面进行研磨加工，将厚度减薄至12μm。之后，采用游离磨粒和无纺布类研磨板对该面进行抛光，使得LT基板320的厚度研磨至10μm。又，抛光是为了除去利用金刚石磨粒进行的研磨加工在LT基板320上产生的加工变质层。

这样研磨LT基板320后，在LT基板320的背面(没有形成表面金属层240的面)形成多个背面金属层250(参照图6和图7)。该工序以与形成表面金属层240相同的材料和条件进行。又，背面金属层250的图形形成为：背面电极251的宽为2mm、长为2mm，导线部256的宽为0.5mm、长为2mm。然后，从形成了背面金属层250的复合体通过切割切出宽3.5mm×长3.5mm的热电元件210(图8(c))。图8(c)的点划线表示切割时的切割线。得到的热电元件210的热电基板220是LT单晶构成的切割角θ＝48°的Y切割板，其基板厚为10μm。

[实施例2～6、比较例1～4]

根据实施例1的制作顺序，制作实施例2～6、比较例1～4的热电元件210。各热电元件210的热电基板120的切割角θ、基板厚度如表1所示。

[评价试验]

对各实施例和各比较例的热电元件210，测定爆裂噪声、电压灵敏度、S/N比、热时间常数。

(1)爆裂噪声的测定

对于各热电元件210进行热循环试验，研究爆裂噪声的发生。热循环试验按以下的顺序进行。各热电元件210收容在环境试验器，使环境试验器内的温度在-10～50℃之间周期性变化。具体的，使像图9所示那样温度变化。然后，执行15小时热循环试验，研究期间是否有发生突发的大的输出(爆裂噪声)。其结果如表1所示。

(2)电压灵敏度Rv和S/N比的测定

通过图10所示的实验系统测定电压灵敏度Rv和S/N比。该实验系统中，红外线采用黑体辐射装置402、平面波反射镜404和凹面反射镜406对准于热电元件210，通过斩波器408而被集光于热电元件210的受光部261的窗口面。热电元件210的受光部261的面积为2mm×2mm。输入红外光通过斩波器408以频率10Hz进行斩波照射。热电元件210的电压灵敏度Rv通过锁相放大器410测定。又，锁相放大器410内的电压转换电路的输入阻抗为10¹¹Ω。各热电元件210的电压灵敏度Rv如表1所示。

接着，测定没有输入红外光时的噪声电压Vn。主要噪声成分为温度噪声、tanδ噪声、输入阻抗噪声。根据这些测定值通过下式计算S/N比。各热电元件210的S/N比如表1所示。

S/N＝A^0.5×Rv/Vn(A为热电元件210的受光面积)

(3)热时间常数的测定

测定各热电元件210的热时间常数即上升沿时间。具体的，首先，将热电元件210配置于距600K的黑体炉50cm处。接着，将红外线照射于热电元件210，输出记录于数字示波器。计算从输出峰值的10％到90％的时间，该时间作为热时间常数。各热电元件210的热时间常数如表1所示。

【表1】

(4)评价结果

如表1所示的，在采用切割角θ为30°～60°的Y切割板的实施例1～6中，没有发生爆裂噪声。另一方面，采用切割角θ为65°的Y切割板或Z板的比较例2～4中，发生了爆裂噪声。

又，实施例1、3、4中，采用了厚度10μm的Y切割板，S/N比为采用相同厚度的Z板的比较例3的40％以上，通过采用Y切割板，S/N比的下降得到抑制。实施例6中，采用了厚度40μm的Y切割板，S/N比为采用相同厚度的Z板的比较例4的75％以上，同样通过采用Y切割板的使得S/N比的下降得到抑制。实施例1、2、6中，都采用切割角θ为48°的Y切割板，基板厚度越薄S/N比越是提高。一方面，在采用切割角θ为20°的Y切割板的比较例1中，虽然爆裂噪声没有发生，但S/N比下降到采用相同板厚的Z板的比较例3的40％以下。又，热时间常数(响应性)不依存于切割角θ，而依存于LT基板的厚度。

由此，采用切割角θ为30°～60°的Y切割板作为热电基板120的情况下，可知在能够抑制爆裂噪声的发生的同时抑制S/N比的降低。又，可知Y切割板的厚度为10μm以下(例如1～10μm)的话，S/N比进一步提高。

本申请以2011年3月31日申请的美国专利临时申请第61/469885号和2011年2月24日申请的日本国专利申请2011-37850号为优先权，通过引用包含其所有内容。

工业上的可利用性

本发明的热电元件能够用于例如安保用或气体检测用的红外线检测传感器。

Claims

1.一种热电元件，该热电元件包括：热电基板、和设置在该热电基板的表面和背面的一对电极，该热电基板为具有作为结晶轴的X轴、Y轴和Z轴的钽酸锂单晶基板，其特征在于，

所述热电基板是以绕所述X轴从所述Y轴向所述Z轴方向转动切割角θ后的角度切割所述钽酸锂单晶得到的Y切割板，所述X轴与沿所述电极的面的方向一致，所述切割角θ为30°～60°或120°～150°。

2.如权利要求1所述的热电元件，其特征在于，所述Y切割板的厚度在10μm以下。

3.如权利要求2所述的热电元件，其特征在于，所述Y切割板的厚度为5～10μm。