JP2000311974A

JP2000311974A - 電子デバイス

Info

Publication number: JP2000311974A
Application number: JP11119270A
Authority: JP
Inventors: Akio Tanaka; 昭生田中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-27
Also published as: US6332322B1; JP3228267B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機能材料を利用した電子デバイスにおいて、
装置の小型化、低消費電力化、低コスト化、高感度化、
低ノイズ化、高速化、長寿命化を図る。【解決手段】基板１０１上に空洞１０８を介して形成
した熱分離構造体１０４と、その熱分離構造体１０４中
に熱を電気信号に変換する熱電変換素子１０６と、同じ
く熱分離構造体１０４中に電気信号を熱に変換する電熱
変換素子１０５と、同じく熱分離構造体１０４中に特定
の温度において物性変化を有する機能材料１０７と、前
記基板１０１中に前記熱電変換素子１０６の信号を入力
として前記電熱変換素子１０５を制御する回路１０２を
持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、使用温度に応じて
各種機能が発現する、或いは性能が向上する機能素子を
利用した電子デバイスに関し、電熱素子を含んだ熱分離
構造体を用いた電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体装置や電子装置などの機能
素子は常温で用いられ、特別に温度制御されることはな
い。もちろん、動作時の発熱が大きいものでは冷却用の
送風機や水冷管、あるいはヒートパイプなどで過剰な発
熱を防止する手段がとられるが、通常は常温付近での動
作を維持することが目的になっている。すなわち、機能
素子の動作は常温付近で動作させることが常識になって
いる。このため、ジョセフソン素子など超伝導デバイス
は星の観測など特別に低雑音が要求される用途には使わ
れるが、常温での動作が期待できないために一般用途に
普及していない。さらに半導体デバイスの動作に関して
も常温で最高性能を発揮するものではないことは一般的
な常識である。例えば一般に半導体の電子移動度は低温
で大きくなるため、半導体素子はより高速動作が可能に
なる。また、発光ダイオードや半導体レーザ等の光デバ
イスにあっても低温にすることで発光効率は格段に上昇
する。いずれも低温にすることでフォノン散乱を減少し
た結果である。このように常温で動作させている半導体
装置では多くの場合、持てる性能を充分に発揮できてい
ない。

【０００３】また、常温付近で動作させるという制約の
なかで大部分の機能素子は使われるわけであるが、常温
とはいっても極寒地から灼熱地まである。極地の外気は
マイナス５０℃以下になるだろうし、真夏に駐車してい
る自動車の中や電信柱の上ではプラス８０℃を越えるわ
けで、機能素子には常温といってもこうした広い温度範
囲での動作が要求される。逆にいえば機能素子の性能を
十分に発揮させたり、あるいは動作を保証しようとすれ
ば機能素子をとりまく温度環境を一定に維持するための
工夫が必要である。超伝導素子では液体ヘリウムや液体
窒素といった寒剤等、あるいは冷却器が必須である。半
導体素子の持てる性能を発揮しようとすればやはり冷却
が必要であるし、広い温度範囲での常温動作を可能とす
るには熱遮蔽、送風といった工夫が必要になるわけであ
る。例えば従来は特開昭６４−１７４５６号公報に示す
ように、ペルチェ素子の冷却電極上に半導体素子や伝送
回路を設けて温度を制御していた。或いは、特開平６−
０８５１２２号公報に示すように、機能素子の冷却用ペ
ルチェ素子を放熱ベース上に設け、パッケージにより機
能素子と冷却用ペルチェ素子を含めて封止し、かつ放熱
ベースの外側にこの放熱ベースの温度を制御するペルチ
ェ素子を設けていた。そして放熱ベースの温度を広い範
囲で制御することで、外気温度の変動に拘わらず放熱ベ
ースの温度を所望の温度近傍とし、機能素子を所定温度
範囲に保持していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する第１の課題は、各種温度で特徴的な物性変化が出現
する機能材料を使う場合に、クーラーやヒーターなどの
温度調整装置が機能素子そのものに較べて極端に大型に
なる上、積極的に冷却が必要な場合には機能素子そのも
のの消費電力に較べてこれも極端に大きな消費電力が必
要になる点である。これは超伝導を利用したデバイスを
実現するときに大きな問題となる。例えば高速の信号処
理を行うプロセッサでは、配線の寄生ＣＲ（容量、抵
抗）による遅延を抑えるために銅配線を用いるなどの低
抵抗化を試みているが、超伝導を用いれば抵抗値がゼロ
になり、超高速のプロセッサを実現できる。また、マイ
クロ波デバイスにおいても、超伝導を用いたＳＩＳ検出
器や超伝導配線を用いれば、極めて低ノイズでマイクロ
波を検出できる。しかしながら、いずれの場合も上述し
た温度調整装置の大型化や消費電力の問題がある。さら
に上記の問題は、超伝導デバイス以外の低温に冷却する
デバイスにも同様に生ずる。例えば、水銀カドミウムテ
ルルやプラチナシリサイドを用いた量子型赤外線センサ
では、スターリングサイクルクーラーやペルチェ素子を
用いているが、小型・低電力型の最新のスターリングサ
イクルクーラーでも、体積は数百ｃｍ³、重量は１ｋｇ
程度、消費電力は１０Ｗ程度ある。これは温度が７７Ｋ
程度で、冷却すべきデバイスが数ｍｍ角の場合である
が、さらに極低温でデバイスが大きい場合、体積、重
量、消費電力は巨大になる。また前述した特開平０６−
０８５１２２号公報、特開昭６４−１７４５６号公報に
示されるペルチェ素子を用いたクーラーは、体積、重量
の点ではスターリングサイクルクーラーに比べてやや有
利ではあるものの、消費電力の点では殆ど同様である。

【０００５】また、量子型赤外線センサや化合物デバイ
スでは、低温にするほど電子の移動度や雑音特性が改善
される現象があり、マイクロ波デバイスに応用すればＳ
／Ｎの点で優れたデバイスができるが、上記の問題があ
る。また、強誘電体材料のキュリー温度付近では、誘電
率や焦電係数（自発分極の温度依存性）が巨大化する特
徴がある。キュリー温度付近の大きな誘電率をメモリー
に利用すれば、セルサイズの小さな、大容量のメモリー
を実現できる。大きな焦電係数は焦電型赤外線センサの
感度を改善することができる。これらを行う上でも、上
述した装置の大型化や消費電力の問題がある。さらに従
来の温度調整装置では複数の機能材料を異なった温度に
設定するのに、より大型の装置を必要とする。ペルチェ
素子を用いたクーラーでも、１ヶ数ｃｍ角のペルチェ素
子を設定温度の数に応じて用意する必要がある。

【０００６】本発明が解決しようとする第２の課題は、
従来の温度調整装置では設定温度に達するまでに長時間
を要する点である。比較的短時間で設定温度に達するペ
ルチェ素子でも、設定温度に達するのに数秒から数十秒
のオーダの時間がかかる。設定温度に達する時間は、冷
却すべきデバイスとペルチェ素子自身の持つ熱時定数と
ペルチェ素子の能力によって決まる。熱時定数は、デバ
イスとペルチェ素子が持つ熱容量と、これらと外界との
間の熱抵抗の積となる。通常少ない消費電力でデバイス
を冷却するために熱抵抗を大きくしており、デバイスや
ペルチェ素子の体積に応じた熱容量が存在するため、大
きな熱時定数となる。この課題は、電源投入時にデバイ
スが使用可能になるのに時間を要する問題を引き起こす
他、設定温度を変える場合も待ち時間が長くなる問題を
引き起こす。

【０００７】本発明が解決しようとする第３の課題は、
従来の温度調整装置では温度設定の精度が良くない点で
ある。これはスターリングクーラーなどの気体の圧縮、
膨張を使った装置で特に顕著となる。従来のペルチェ素
子を使ったクーラーでも、高い精度を出すのは難しい。
これは温度をモニタする温度センサからの信号が微弱で
ありノイズの影響を受けやすいのと、ペルチェ素子を駆
動する電流が大きく、ノイズを発生しやすいことに起因
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電子デバイス
は、所望の温度で動作させる機能素子の少なくとも一部
が電気信号を熱に変換する機能を備えた熱分離構造体と
熱的に接したことを特徴としたものである。ここでいう
機能素子とは、冷却する事によって機能が発現する素子
（例えば超伝導効果を有するもの等）、冷却する事によ
って性能が向上する素子（例えば半導体レーザ、半導体
集積回路等）、加熱する事によって性能が向上する素子
（例えば強誘電性を有する材料を専ら使用する素子
等）、温度を急速に変化させることによって機能が発現
する素子（例えば波長可変レーザ等）等をいう。

【０００９】また熱分離構造体とは、例えば基板上に空
洞を介して素子部を有するような構造（例えばダイヤフ
ラム構造等）である。［発明の実施の形態］の説明にお
いては、熱分離構造体の一例としてダイヤフラムを取り
上げる。このような構造の場合、素子部の温度の均一性
を保つために、素子部の厚さは１０μｍ以下であること
が望ましい。これは従来のダイヤフラムを形成するため
のシリコンプロセスを用いることで実現可能である。ま
た、素子部を支持する脚部を設けることで素子部と基板
との電気的導通をとることができ、基板中に回路を設け
ることで好適に高集積化できる。さらに、それぞれの構
造体の温度を任意に設定可能とし、集積化することで複
数種類の素子を搭載した半導体装置を得ることが可能と
なる。

【００１０】電気信号を熱に変換する手段としては、例
えば薄膜状のペルチェ素子等があり、特にシリコンを主
成分とする薄膜状ペルチェ素子等を用いることでシリコ
ンプロセスを使用することができ、より微細化が可能と
なるため、好ましい。また、熱を電気信号に変換する手
段をさらに備えることで、電気信号を熱に変換する手段
を制御することが可能となり、さらに好適である。これ
らの構成によって、本発明による電子デバイスは超小型
化・低電力化・高速化・高精度化をはかることが可能と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本発明の構成に関して述べ
る。図１は本発明の電子デバイスの斜視図（ａ）と、薄
膜状ペルチェ素子に沿った断面図（ｂ）を示す。この電
子デバイスは、基板１０１中に回路１０２と、回路の上
に絶縁層１０３を介してダイヤフラム１０４と、ダイヤ
フラムを為す層の一部に電気信号を熱に変換する電熱変
換素子１０５と、熱を電気に変換する熱電変換素子１０
６と、各種温度で特徴的な物性変化が出現する機能材料
１０７を持つ。また、前記の電熱変換素子１０５は、ダ
イヤフラム１０４上に、或いはダイヤフラム１０４とダ
イヤフラム以外のヒートシンクに相当する基板の両方に
またがって存在し、ダイヤフラムとは熱的に接してい
る。また、図示はしないが、基板１０１に異方性エッチ
ングを施して形成された空洞上にダイヤフラムが存在す
る場合もある。この場合、基板中の回路はダイヤフラム
部に隣接した位置に配置する。

【００１２】基板１０１はシリコンなどの半導体基板が
使用できるが、サファイヤなどの絶縁基板上にＳＯＩ技
術を用いてシリコン単結晶を形成したものを用いること
もできる。回路１０２は、熱電変換素子１０６や機能材
料１０７からの信号を処理する。また、電熱変換素子１
０５や機能材料１０７へ電気信号を供給し、ダイヤフラ
ムを所望の温度に制御する。ダイヤフラム１０４は、絶
縁層１０３の空洞１０８の中に空洞の底部から空間を隔
てて形成され、機能材料や電熱素子が形成されている薄
膜、及び薄膜を支持している細長い梁１２２を有してい
る。この細長い梁１２２は薄膜中の素子と基板中の回路
とを接続するための配線を含んでいる。ダイヤフラムは
周囲の基板に対して熱コンダクタンスが小さくなってい
る。ダイヤフラムや梁を構成する材料も、酸化シリコン
や窒化シリコンなど熱コンダクタンスが小さくなるよう
な材料を用いることが好ましい。

【００１３】電熱変換素子１０５は、吸熱、発熱を行え
る薄膜状ペルチェ素子の使用が好ましいが、抵抗のジュ
ール熱を利用した素子（ヒーター）や、電気を熱に変換
する他の原理の素子を使用することもできる。ここでは
電熱変換素子としてのペルチェ素子を用いて説明する。
薄膜状のペルチェ素子は異種材料を接続したもので、こ
れに電流を流すと接点で発熱又は吸熱が起こる（ペルチ
ェ効果）。単位電流に対する発熱量をペルチェ係数と呼
ぶが、一般に半導体の方が金属に比べてペルチェ係数が
大きい。さらにＰ型半導体と、Ｎ型半導体ではペルチェ
係数の極性が逆のため、Ｐ型半導体とＮ型半導体を接続
することで、より大きなペルチェ効果を得ることができ
る。ペルチェ素子の材料は、Ｂｉ₂Ｔｅ₃やＳｂ₂Ｔｅ₃な
どの材料が使えるほか、不純物をドープしたアモルファ
スシリコンやポリシリコンが使用できる。アモルファス
シリコンやポリシリコンはシリコンラインで製造できる
ため、回路１０２上に容易に形成できる、低コストにで
きるメリットがある。

【００１４】薄膜状ペルチェ素子１０５は、Ｐ型半導体
１０９とＮ型半導体１１０とコンタクト１１１、１１
２、１１３で構成される。Ｐ型半導体１０９とＮ型半導
体１１０は基板から梁１２２を介してダイヤフラムに達
している。コンタクト１１１はＰ型半導体１０９とＮ型
半導体１１０のコンタクトであり、ダイヤフラム上に形
成する。コンタクト１１２、１１３はそれぞれＰ型半導
体、Ｎ型半導体と回路１０２とのコンタクトであり、基
板上に形成する。この薄膜状ペルチェ素子に電流を流す
と、ペルチェ効果によりコンタクト部に吸熱または発熱
が起こる。通常Ｎ型半導体１１０からP型半導体１０９
に向かって電流を流すと、基板上のコンタクト１１２に
発熱が起こり、ダイヤフラム上のコンタクト１１１に吸
熱が起きる。基板上のコンタクト１１２、１１３は、基
板に対する熱コンダクタンスが大きいため、ここで発生
した熱はすぐに基板、即ちヒートシンク部に吸収され、
温度変化はほとんど起こらない。一方ダイヤフラム上の
コンタクト１１１での吸熱は、ダイヤフラムの周囲に対
する熱コンダクタンスは小さいため、ダイヤフラムの温
度を低下させる。電流の向きを逆にすると上記と逆の現
象が起こり、ダイヤフラムの温度は上昇する。

【００１５】図１のような長い梁１２２を持ったダイヤ
フラムでは、ダイヤフラム上に発熱や吸熱が起きると、
温度勾配の大部分はこの脚部である長い梁１２２に現
れ、ダイヤフラム上にはほとんど温度勾配が現れない。
これは後に述べるダイヤフラム上の機能材料の温度分布
を均一にする意味で好ましい。このようにダイヤフラム
上の温度分布は均一であるため、薄膜状ペルチェ素子１
０５はダイヤフラム上のどの位置に形成しても良いが、
機能材料１０４を形成する面積を多く取るために、図１
のようにダイヤフラムの外周に沿って配置することがで
きる。

【００１６】大面積の機能材料を形成する用途では、ダ
イヤフラムの面積が大きくなり、ダイヤフラム上の温度
均一性が悪化する場合がある。この場合、ダイヤフラム
の厚さを増やしたり、ダイヤフラム上に熱伝導の良い材
料を形成するなどして温度均一性を改善することができ
る。またダイヤフラム上を広くカバーするように面状に
電熱変換素子を形成して、その上に層間絶縁膜を形成し
てから機能材料を形成することでも、温度均一性を改善
することができる。

【００１７】熱電変換素子１０６として、抵抗体の温度
依存性を利用したボロメータ、異種材料間の熱起電力
（ゼーベック効果）を利用した熱電対、電流が温度によ
って変化するＰＮダイオード、強誘電体の自発分極の温
度依存性（焦電効果）や誘電率の温度依存性を利用した
素子などが使用できる。このうちボロメータと熱電対と
ＰＮダイオードは、材料をモノリシックで成膜できるた
め都合がよい。ボロメータはダイヤフラムの絶対温度を
測定することができる他、感度が高いため好ましい。熱
電対はペルチェ素子と同じ材料が使用できるため、プロ
セスが簡略化でき、好ましい。以下熱電変換素子として
ボロメータを例に取って説明する。

【００１８】図１のようにボロメータ１０６は、基板か
ら梁１２２を介してダイヤフラム１０４に達している。
ボロメータは基板上のコンタクト１１４、１１５によっ
て回路１０２に接続している。ボロメータも、ダイヤフ
ラムの外周に沿って配置することで、機能材料のスペー
スを広くとることができる。ボロメータ材料は、ＴＣＲ
が大きく、１／ｆノイズが小さい材料が好ましい。酸化
バナジウムや酸化チタン及びそれらに不純物を添加した
金属酸化物は、ＴＣＲが２％／Ｋ程度あり、１／ｆノイ
ズも小さいので使用に適している。また、チタンやポリ
シリコン、アモルファスシリコン、シリコン・ゲルマニ
ウムなどは、０．２％／Ｋから２％／Ｋ程度のＴＣＲが
あり、シリコンプロセスで容易に形成できるため都合が
よい。チタンは金属の中ではＴＣＲが大きく、０．２か
ら０．５％／Ｋ程度ある。熱コンダクタンスも金属にし
ては低く、０．１Ｗ／ｃｍ／Ｋ程度であり、ダイヤフラ
ムの熱コンダクタンスを小さくできる。さらに金属特有
の特徴であるが、キャリア数が多いことにより、１／ｆ
ノイズが非常に小さい。シリコンを用いたボロメータも
熱コンダクタンスが０．２％／Ｋ程度で小さく、シリコ
ンを用いた薄膜状ペルチェ素子と同時に形成できるた
め、プロセスが簡略化できるメリットがある。

【００１９】ボロメータ抵抗値の温度依存性の一例を図
２に示す。図２（ａ）の例はチタンなどの金属の場合で
あり、抵抗値は温度に対して正の依存性を示す。横軸は
絶対温度であり、抵抗値を測ることによってダイヤフラ
ムの絶対温度を知ることができる。金属は一般に抵抗温
度係数（ＴＣＲ）が小さいが、広い温度範囲で単調増加
するため好ましい。図２（ｂ）の例はシリコンなどの半
導体の場合であり、抵抗値は温度に対して負の依存性を
示す。半導体は温度に対して指数関数的に抵抗が変化す
るため、感度が高く好ましい。金属酸化物は図２（ｂ）
の様な半導体的な挙動を示すものもあれば、図２（ａ）
のような金属的な挙動を示すものもある。またある温度
領域では半導体的で、別の温度領域では金属的な挙動を
示すものもある。

【００２０】熱電変換素子として熱電対を用いることも
できる。熱電対は２種類の材料の接点間の温度差を電圧
に変換する。一方の接点をダイヤフラム上に形成し、も
う一方の接点を半導体基板上に形成することによってダ
イヤフラム上のエネルギー変化をとらえることができ
る。基板温度を基準にするため、ダイヤフラム温度の絶
対値を知るにはボロメータなどで基板温度の絶対値を知
る必要がある。熱電対材料としてはゼーベック係数の大
きな材料の使用が好ましい。ボロンやリンや砒素をドー
プしたアモルファスシリコンやポリシリコンは、ゼーベ
ック係数として０．５ｍＶ／Ｋ程度の高い値が得られ、
半導体ラインで容易に作れる特徴がある。ボロンをドー
プしたＰ型シリコンと、リンや砒素をドープしたＮ型シ
リコンは互いに極性の異なるゼーベック係数を持ち、熱
電対の２種類の材料として用いれば大きな熱起電力が得
られる。

【００２１】熱電変換素子としてＰＮダイオードを用い
ることもできる。ＰＮダイオードとして例えばＰ型シリ
コンとＮ型シリコンで構成されるＰＮダイオードを形成
して、その順方向又は逆方向電流の温度依存性を利用す
ることができる。金属と半導体で構成されるショットキ
ーダイオードを形成して、その順方向又は逆方向電流の
温度依存性を利用することもできる。

【００２２】次に本発明を製法に注目して述べる。本発
明の電子デバイスの製造方法について図１を参照しなが
ら説明する。半導体基板１０１中に通常のＬＳＩ製造プ
ロセスを用いて回路１０２を形成する。回路で使用され
る素子は、ＣＭＯＳトランジスタや、バイポーラトラン
ジスタ、拡散抵抗、コンデンサ等を用いることができ
る。バイポーラトランジスタを用いた演算増幅器は、Ｓ
／Ｎやオフセット電圧、ドリフトの点で有利である。但
し仕様によっては、ＣＭＯＳトランジスタを中心とした
アナログ回路を用いることができ、工程数を削減して安
価なデバイスを作ることができる。

【００２３】絶縁層１０３としてはシリコン酸化膜等を
用いる。特にボロンやリンをドープしたＢＰＳＧは、段
差被覆性が良いため好ましい。シリコン酸化膜１０３は
例えば２回に分けて形成する。これはダイヤフラム１０
４の下部に空洞１０８を形成するためであり、シリコン
酸化膜１０３を例えば１μｍ程度形成した後、後に空洞
となるポリシリコンを１μｍ程度形成し、ポリシリコン
をパターニングした後シリコン酸化膜１０３をさらに１
μｍ程度形成する。その上にさらにシリコン酸化膜１１
８を０．１μｍ程度形成し、薄膜状ペルチェ素子となる
ポリシリコン１０９、１１０を０．１μｍ程度形成す
る。１０９の部分にはボロンをイオン注入等でドープし
てＰ型として、１１０の部分にはリンやヒ素をドープし
てＮ型とする。ポリシリコン中の不純物濃度が高いと図
５のようにゼーベック係数やペルチェ係数が低下するた
め、不純物濃度は１０¹⁸から１０²⁰［ｃｍ^-3］程度の範
囲にする。１０¹⁸［ｃｍ^-3］以下では比抵抗が非常に大
きくなる問題がある。

【００２４】シリコン酸化膜１１８の上にはさらに熱電
変換素子１０６となるチタンを０．１μｍ程度形成し、
機能材料１０７として例えばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇（ＹＢＣ
Ｏ）を０．１μｍ程度形成する。後に述べるＳＩＳ（超
伝導−絶縁体−超伝導）構造を作る場合には、この上に
酸化シリコンなどの絶縁体を形成した後、さらにＹＢＣ
Ｏを０．１μｍ程度形成する。これら薄膜状ペルチェ素
子や熱電変換素子、ＳＩＳ構造の上にさらにシリコン酸
化膜１１９を数百ｎｍ程度形成した後、コンタクトホー
ルを形成して、回路１０２の配線やコンタクト１１１〜
１１７となるアルミニウムを数百ｎｍ程度形成する。ア
ルミの上には、アルミを保護するためのシリコン酸化膜
１２０を数百ｎｍ程度形成する。

【００２５】最後に空洞１０８を形成するために、ポリ
シリコン１０８に達するスリット１２１を開けると共に
エッチングを行う。ダイヤフラムの形成は、このよう
に、空洞１０８にあたる部分に犠牲層を形成し、その上
にダイヤフラムの構成材料を形成し、犠牲層をエッチン
グで取り去ることで容易に実現できる。犠牲層にはポリ
シリコンやポリイミドなどが使用できる。犠牲層の厚さ
として１μｍ程度あれば、ダイヤフラムが下地に接触す
ることが避けられる。エッチングはポリシリコン１０８
が除かれた時点で終了する。また、異方性エッチングに
より、空洞を形成する場合もある。エッチング液として
は、従来から用いられているＫＯＨやＴＭＡＨ、ヒドラ
ジンなどが使用できる。

【００２６】ダイヤフラムの面積は、ダイヤフラム上に
形成する機能材料の規模にもよるが、小さい規模なら１
０μｍ□程度まで微細化でき、大きい規模なら２０ｍｍ
□程度までステッパー等で容易に露光できる。ダイヤフ
ラムや梁の厚さは、ダイヤフラムの面積にも依存する
が、１００ｎｍ程度の厚さでも充分機能材料を支えるこ
とができ、ダイヤフラム上の熱均一性を改善する目的
で、１０μｍ程度まで厚くすることも可能である。ダイ
ヤフラムや梁の構成材料である酸化シリコンや窒化シリ
コンはＣＶＤ法などで成膜するが、成膜時間の短縮や膜
中応力の低減を考慮すると、ダイヤフラムや梁の厚さは
１μｍ以下が好ましい。

【００２７】基板表面に空洞を形成する本方法は、表面
マイクロマシーニングと呼ばれ近年赤外線センサなどに
用いられているが、従来からバルクマイクロマシーニン
グと呼ばれる基板にＶ溝を形成する方法が加速度センサ
などに利用されている。表面マイクロマシーニングでは
ダイヤフラムの下に回路１０２を形成できるため、本実
施例では表面マイクロマシーニングを使用したが、仕様
によってはバルクマイクロマシーニングを利用すること
で、空洞１０８の高さを高くできる。

【００２８】最後に本発明の動作に注目して述べる。図
３（ａ）は図１の電子デバイス回路の一例を示す。この
回路は非常に微小な信号を扱うため、ダイヤフラムを形
成するのと同じ基板に形成するのが好ましい。ダイヤフ
ラム３０１上には、熱電変換素子３０２、薄膜状ペルチ
ェ素子３０３、機能材料３０６が形成されている。熱電
変換素子３０２は定電流源３０４により一定電流が印加
され、抵抗変化を電圧変化に変換する。この電圧と基準
電圧Ｖ_Rは演算増幅器３０５によって比較され、両者の
信号が一致するように薄膜状ペルチェ素子３０３が制御
される。熱電変換素子の抵抗値は例えば図２（ａ）のよ
うに変化するため、希望するダイヤフラムの設定温度に
見合った基準電圧を印加することで、ダイヤフラム温度
を任意に変えられる。例えば絶対温度７７Ｋにおいて熱
電変換素子の抵抗値が１０ｋΩであるとすると、定電流
値を１００μＡとして１Ｖの電圧を基準電圧Ｖ_Rに印加
すれば、ダイヤフラム温度は７７Ｋに設定される。

【００２９】ペルチェ素子はＰ型半導体からＮ型半導体
に向かって電流を流すと発熱し、逆の電流を流すと吸熱
する。また熱電変換素子３０２として正の抵抗温度係数
を持つチタンを仮定する。この時、図３のように薄膜状
ペルチェ素子のＰ型半導体を演算増幅器の出力に接続
し、熱電変換素子を演算増幅器のマイナス端子に入力す
ると上記のような制御が可能となる。（出力にＮ型半導
体をつなぎ、プラス端子に熱電変換素子をつないでも良
い。）但し、ポリシリコンボロメータや金属酸化物ボロ
メータの多くは負の抵抗温度係数を持つため、出力にＮ
型半導体をつないでマイナス端子に熱電変換素子をつな
ぐ。（或いは出力にＰ型半導体をつないでプラス端子に
熱電変換素子をつなぐ。）ペルチェ素子の単位時間あたりの発熱量あるいは吸熱量
Ｗは、ペルチェ係数をΠ、流す電流をＩとして（１）式
のようになる。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここでペルチェ係数は、Ｐ型とＮ型シリコ
ンを組み合わせることにより、４００Ｋ以下の広い温度
範囲で０．８Ｊ／Ｃ程度となる。（犬石嘉雄ら、半導体
物性Ｉ、２２３頁、朝倉書店）ダイヤフラムの温度変化
ΔＴは、ダイヤフラム上のエネルギー変化ΔＷと熱コン
ダクタンスＧthを使って、（２）式で表される。

【００３２】

【数２】

【００３３】Ｇthは０．１μＷ／Ｋ程度にすることは十
分可能であり、ダイヤフラム温度を例えば７７Ｋに設定
するには、数式１と２を使って、２８μＡ程度の電流を
薄膜状ペルチェ素子に流せばよい。この計算はダイヤフ
ラム上の機能材料の発熱がない場合であるが、ダイヤフ
ラム温度を一定に保つには、機能材料の発熱量に応じて
薄膜状ペルチェ素子に流れる電流を増やす必要がある
が、図３（ａ）の回路ではそれが自動的に制御される。

【００３４】ダイヤフラムの設定温度は、ダイヤフラム
上に形成する機能材料の種類や、その機能材料の特性に
よって異なる。例えば超伝導材料であるＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ
₇（イットリウム・バリウム・銅酸化物、以下ＹＢＣＯ
と略す）は、液体窒素温度（７７Ｋ）付近に超伝導とな
る温度があり、このような材料はこの付近の低温で使用
して超伝導を利用することができる。また強誘電体材料
であるチタン酸バリウムは、１３０℃付近の高温領域に
常誘電体への転移温度（キュリー温度）がある。このよ
うな材料は、この付近の高温で使用すると誘電率や焦電
係数が大きくなる。

【００３５】このようにダイヤフラム温度は７７Ｋ程度
であったり、１３０℃程度であったり、ダイヤフラム上
に形成する機能材料が特異な物理現象を示す他の温度で
あったりする。つまりダイヤフラムに形成する機能材料
の種類・特性に応じて、ダイヤフラムの電熱素子へ電気
信号を送信し、ダイヤフラム温度を所望の動作温度に設
定し、制御する。

【００３６】常温付近の０℃から５０℃付近の温度での
現象は従来のヒーターやクーラーで利用されており、本
発明の特徴はこれ以外の温度で特に顕著となる。但し小
型、軽量、低電力の特徴は全ての温度範囲で大きな効果
がある。このように非常に低温であったり高温であった
りすると、ペルチェ係数の温度依存性が問題となる。ペ
ルチェ係数の温度依存性は（３）式で表される。

【００３７】

【数３】

【００３８】ここでε_Cは伝導帯底のエネルギー、ε_Fは
フェルミ準位、ｋはボルツマン定数、eは素電荷を表
す。この式からペルチェ係数Πは、絶対温度に対して単
調増加する。ペルチェ係数は７７Ｋあたりでは、常温の
２／３程度になるが、常温での値が大きいため、大きな
問題とはならない。（犬石嘉雄ら、半導体物性Ｉ、２２
３頁、朝倉書店）高温では常温より増大するが、シリコ
ンの場合、２００℃以上で真性領域にはいるため、急激
にペルチェ係数が減少する。シリコンの場合、２００℃
以下で使用する必要がある。低温の場合も高温の場合
も、図３（ａ）の構成を用いることで自動的に設定温度
に収束するため、複雑な設定を必要としない。

【００３９】図３（ｂ）の構成は、演算増幅器を用いず
に薄膜状ペルチェ素子に電圧源Ｖ_A を接続する例であ
る。熱電変換素子や演算増幅器を省略することができ
る。前述したようにダイヤフラム温度と薄膜状ペルチェ
素子電流の関係を計算で求めたり、実際に測定して求め
ることができるため、このような構成も有効な場合があ
る。薄膜状ペルチェ素子にはチップ間や、ウェハ間、ロ
ット間等のばらつきがあるため、機能材料３０６の温度
設定の精度が比較的緩い場合に使用できる。また機能材
料の発熱量が大きく変化しない場合に用いることができ
る。図３（ｃ）の構成は、演算増幅器を用いずに薄膜状
ペルチェ素子に電流源Ｉを接続する例である。図３
（ｂ）の場合と同様に、熱電変換素子や演算増幅器を省
略することができる。

【００４０】以上より、本発明の効果をまとめると以下
のようになる。第１の効果は、クーラーやヒーターを極
めて小型、軽量に実現できる点である。前述したように
ダイヤフラムの大きさは、機能材料の大きさにもよる
が、１０μｍ□程度から２０ｍｍ□程度であり、通常の
シリコンプロセスを用いて、シリコンチップ上に形成で
きる。又、極めて低電力でクーラーやヒーターを実現で
きる点である。これは前述したようにダイヤフラムの熱
コンダクタンスを極めて小さくしているためで、例えば
数十μＷの電力で７７Ｋの低温を得ることができる。こ
のような小型、軽量、低電力の特徴は、熱分離構造体で
あるダイヤフラム上に機能素子及び薄膜状ペルチェ素子
を設けたことで初めて可能となった。

【００４１】第２の効果は、図３（ａ）の構成ではダイ
ヤフラムの熱時定数の影響を受けないようにすることが
でき、温度設定のスピードを大幅に改善することができ
る点である。ダイヤフラム温度はダイヤフラムの固有の
熱時定数（通常は数１０ｍｓ）に従って有限の時間で変
化するが、上述したミクロンオーダーのダイヤフラムの
固有熱時定数が小さいことと、図３（ａ）のような演算
増幅器を用いたフィードバックによってダイヤフラムを
制御することで、数十μｓ程度の極めて短い応答時間で
材料の温度を変化させることができる。

【００４２】この現象は、上述した熱的な現象を、図６
のような電気回路に置き換えることでも説明できる。図
６においてダイヤフラム上の熱量変化を電流源６０１に
置き換え、ダイヤフラムの熱容量は容量６０２、ダイヤ
フラムの熱抵抗は抵抗６０３、ペルチェ素子は電圧制御
電流源６０４にそれぞれ置き換えることができる。この
電気回路を回路シミュレータでシミュレーションする
と、演算増幅器６０５の出力６０７には電流源６０１の
変化に比例した信号が現れ、演算増幅器の２つの入力は
常に同じ電圧となる。これはダイヤフラム上に生じた擾
乱を、この系が打ち消していることを示す。このような
高速性は、ダイヤフラムの熱容量が数ｎＪ／Ｋ程度の非
常に小さな値であることにも起因している。

【００４３】図３（ａ）の構成における応答時間の限界
は、演算増幅器３０５の応答時間や、配線に存在するＣ
Ｒ時定数などによって決定される。通常これらの時間
は、ダイヤフラムの熱時定数に比べはるかに小さいた
め、ダイヤフラムの熱時定数が無視できる本発明の意義
は大きい。

【００４４】第３の効果は、高精度の温度設定が可能と
なったことである。特に、図３（ａ）の構成では熱電変
換素子からの信号と基準電圧Ｖ_Rを演算増幅器で比較し
て薄膜状ペルチェ素子にフィードバックすることで、極
めて高精度な温度設定が可能となった。図４（ａ）はダ
イヤフラムの温度つまりは機能材料の温度をリアルタイ
ムで変化させる例である。図３の例の基準電圧Ｖ_Rの代
わりに温度制御電圧Ｖ_P を入力する。温度制御電圧Ｖ_Pは
例えば図４（ｂ）のように階段状に変化するパルスを入
力する。これによって機能材料の温度は階段状に変化
し、各温度での特徴的な物理現象を利用できる。また図
４（ｃ）のようなランプ波形をＶ_Pとして用いれば、機
能材料の温度を連続的に変化させることも可能である。
上述したように熱電変換素子、演算増幅器、薄膜状ペル
チェ素子で構成されるこの系は非常に高速であり、演算
増幅器のカットオフ周波数や、薄膜状ペルチェ素子のイ
ンピーダンスなどで決まる数１００ｋＨｚ程度の周波数
（数十μｓ程度の時間）で設定温度を変化させることも
可能である。

【００４５】また上述した効果の他にもダイヤフラムを
複数個形成し、各ダイヤフラム上に異なった材料を形成
し、それぞれのダイヤフラムを各材料に適した温度に制
御することができる。また同一材料を各ダイヤフラム上
に形成して、各ダイヤフラムを異なった温度に制御し
て、同一材料のいろいろな温度で出現する物性変化を利
用することもできる。さらには各ダイヤフラム上に同一
材料を形成して、同一温度に制御することで、同一素子
が複数個必要な電子デバイス、例えば多次元の物理現象
の検出装置や、記憶回路、力学的物理現象を発動する各
種アクチュエータ、ディスプレー、計測装置、制御回
路、論理回路、信号処理回路などを実現することができ
る。

【００４６】

【実施例】（実施例１）図７は本実施の形態の全体構成
を示す図である。真空パッケージ７０１内に、基板７０
２を配置し、その上に複数のダイヤフラム７０３とダイ
ヤフラム上の機能材料７０４と回路７０５を持つ。ダイ
ヤフラム７０３は、ダイヤフラムを空中に保持する梁７
０６を持ち、実施の形態と同様に熱電変換素子と薄膜状
ペルチェ素子を持ち、一定温度に制御される。回路７０
５は実施の形態のようにダイヤフラム温度を制御した
り、あるいは機能材料を制御したり、機能材料からの信
号を処理したり、その信号を論理演算したりする。

【００４７】（実施例２）図８は、１つのダイヤフラム
８０３を持ち、その上に熱電変換素子と薄膜状ペルチェ
素子と、複数の機能材料８０４を形成した例である。機
能材料間を結ぶ配線８０７として超伝導材料を使用する
こともでき、配線抵抗をゼロにすることができる。回路
８０５は図７の例と同様にダイヤフラム温度を制御した
り、あるいは機能材料を制御したり、機能材料からの信
号を処理したり、その信号を論理演算したりする。ダイ
ヤフラム８０３の製造方法としては、前述した表面マイ
クロマシーニングが使用できるが、ダイヤフラム面積が
数ｍｍ□と大きくなる場合には、ダイヤフラムと下地と
の接触を避けるためにバルクマイクロマシーニングを使
用する事もできる。

【００４８】機能材料８０４としてＳＩＳ検出器やＧａ
ＡｓＦＥＴなどの低ノイズ回路を用い、配線８０７とし
て超伝導材料を用いれば超低ノイズでマイクロ波やミリ
波などの電磁波を検波、増幅、逓倍、混合（ミキサ
ー）、発振、変調できる。ダイヤフラムの温度は、例え
ばＹＢＣＯ材料の超伝導が出現する７７Ｋ付近に設定す
る。あるいはＧａＡｓＦＥＴなどの化合物デバイスのキ
ャリア移動度が増大したり、雑音特性が改善される５０
〜２００Ｋ付近の温度に設定する。雑音特性の改善は、
一つには低温での界面準位の減少と関係している。

【００４９】ダイヤフラム上に何らかの能動素子を形成
する場合、素子からの発熱が問題になる場合がある。こ
の発熱があってもダイヤフラムを一定温度に保つため
に、適宜薄膜状ペルチェ素子の数や能力を増やすことは
当然可能である。本発明によって携帯電話などの携帯機
器に超伝導を利用した素子を使用し、大幅にＳ／Ｎを改
善することができる。

【００５０】（実施例３）図９は本発明を超高速プロセ
ッサに応用した例である。ダイヤフラム上に熱電変換素
子と薄膜状ペルチェ素子と、ジョセフソン素子やＨＥＭ
Ｔなどの高速演算素子９０４と超伝導配線９０７を形成
している。この場合にも表面マイクロマシーニングが使
用できるほか、バルクマイクロマシーニングも使用する
事ができる。ジョセフソン素子やＨＥＭＴは超高速でデ
ジタル信号をスイッチングできる。超伝導配線は配線抵
抗がゼロとなるため、配線遅延が生じない。ダイヤフラ
ムの温度は、例えばＹＢＣＯ材料の超伝導が出現する７
７Ｋに設定する。本発明によって携帯コンピュータなど
の携帯機器に超伝導を利用した素子を使用し、スーパー
コンピュータ相当の演算速度が実現できる。

【００５１】（実施例４）図１０は本発明を強誘電体メ
モリーに応用した例である。ダイヤフラム上に熱電変換
素子と薄膜状ペルチェ素子と、強誘電体メモリー１００
４を形成している。この場合にも表面マイクロマシーニ
ングが使用できるほか、バルクマイクロマシーニングも
使用する事ができる。強誘電体メモリーはゲート酸化膜
としてチタン酸バリウムなどの強誘電体を使用してお
り、ダイヤフラム温度としてキュリー温度付近の例えば
１３０℃に設定する。チタン酸バリウムなどの強誘電体
は、キュリー温度付近で誘電率が巨大化する現象があ
り、小さなセルサイズの高集積化されたメモリーを実現
することができる。これを実現する上でキュリー温度付
近の精度の高い温度コントロールが必要であり、前述し
た熱電変換素子と演算増幅器と薄膜状ペルチェ素子から
なる精度の高いコントロールが大きな意味を持つ。

【００５２】（実施例５）図１１はダイヤフラム上に機
能材料を載せた他の例である。ダイヤフラムは温度制御
面１１０１と複数の長い梁１１０２を持ち、温度制御面
には機能材料１１０５と薄膜状ペルチェ素子１１０３と
熱電変換素子１１０４を持ち、各梁上には機能材料やペ
ルチェ素子、熱電変換素子の信号を伝える配線を持つ。
機能材料１１０５として例えば低温で赤外線検出能力が
出現する、量子型検出器を形成することができる。量子
型検出器として例えば、水銀・カドミウム・テルルやイ
ンジウム・アンチモンなどの半導体を使用することがで
きる。これを図７ないしは図８のように多数形成するこ
とで、量子型検出器の持つ高感度、低ノイズの特性を、
極めて小型、低価格で実現できる。また機能材料１１０
５として例えばIII-Ｖ族系の半導体レーザを形成する。
半導体レーザの発信周波数は温度に依存しており、ダイ
ヤフラム温度を電熱素子で変化させることで半導体レー
ザの発信周波数を変化させることができる。

【００５３】（実施例６）図１２はダイヤフラム上にＳ
ＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）１２０５と薄膜状ペル
チェ素子１２０３と熱電変換素子１２０４を配置した例
である。ＳＱＵＩＤはジョセフソン接合１２０７を持
ち、例えば検出器として使用して非常に微少な磁気変化
を電圧変化として取り出すことができる。

【００５４】（実施例７）図１３はダイヤフラム上に第
１の超伝導体１３０７と第２の超伝導体１３０８とＳＩ
Ｓ接合（超伝導トンネル接合）１３０５と薄膜状ペルチ
ェ素子１３０３と熱電変換素子１３０４を配置した例で
ある。ＳＩＳ接合は電子が透過できる程度に薄い絶縁膜
を２つの超伝導体の電極で挟んだ構造になっており、電
磁波が入射するとトンネル電流が流れて、極めて低ノイ
ズでマイクロ波などの電磁波を検出することができる。
超伝導材料としてニオブなどが一般的に用いられるが、
ＹＢＣＯをはじめとする、各種の高温超伝導体が使用で
きる。ＹＢＣＯは７７Ｋ付近で超伝導状態となるが、第
１の実施の形態で説明したダイヤフラムとその制御回路
を用いれば、容易にこの温度に設定できる。トンネル接
合などに用いる絶縁体としては、酸化シリコンや酸化ア
ルミニウムなどを用いることができる。

【００５５】これらの機能材料を持つダイヤフラムを図
７のように複数個形成することで、多次元の検出や高度
な演算、制御、処理などの機能を行うことができる。ま
た図８のようにダイヤフラム上に例えば超伝導体で構成
される回路を組むことで、超低ノイズの信号検出や増
幅、超高速の演算などを行うことができる。これは超伝
導状態では、配線の抵抗値をゼロにすることができ、ジ
ョンソンノイズをゼロにできるほか、ＣＲで決まる配線
遅延もゼロにできるからである。

【００５６】（実施例８）図１４は、ダイヤフラム上に
超伝導の配線１４０７をループ上に形成して冷却し、ル
ープに電流を流して巨大な磁場を取り出した例である。
この磁場を利用してマイクロモータを構成したり、マニ
ュピレータ等のマイクロアクチュエータを構成すること
ができる。この磁場は電子の偏向等にも利用できるた
め、コールドカソード等の平面電子源やイオン源と組み
合わせて、微小な電子顕微鏡や加速器を実現することも
できる。

【００５７】尚、上述したいくつかの機能を適宜組み合
わせたデバイスや、同様の効果を有する材料を利用した
デバイスを実現することは当然可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、機能素子を熱分離構造
体と組み合わせたことによって小型・軽量・低電力消費
・高速度・高精度の電子デバイスを得ることが可能とな
る。

【００５９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における電子デバイスの斜
視図（ａ）と断面図（ｂ）である。

【図２】ボロメータの特性を示す図である。

【図３】本発明の実施形態における回路図である。

【図４】本発明の実施形態における他の回路図であ
る。

【図５】ゼーベック係数と不純物濃度の関係を示す図
である。

【図６】本発明の実施形態における等価回路図であ
る。

【図７】本発明の電子デバイスの第１の実施例であ
る。

【図８】本発明の電子デバイスの第２の実施例であ
る。

【図９】本発明の電子デバイスの第３の実施例であ
る。

【図１０】本発明の電子デバイスの第４の実施例であ
る。

【図１１】本発明の電子デバイスの第５の実施例であ
る。

【図１２】本発明の電子デバイスの第６の実施例であ
る。

【図１３】本発明の電子デバイスの第７の実施例であ
る。

【図１４】本発明の電子デバイスの第８の実施例であ
る。

【図１５】従来の熱型赤外線撮像装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１基板１０２回路１０３絶縁層１０４ダイヤフラム１０５電熱変換素子１０６熱電変換素子１０７機能材料１０８空洞１０９Ｐ型半導体１１０Ｎ型半導体１１１〜１１７コンタクト１１８〜１２０シリコン酸化膜１２１スリット１２２梁(脚部) ３０１，４０１ダイヤフラム３０２，４０２熱電変換素子３０３，４０３薄膜状ペルチェ素子３０４，４０４定電流源３０５，４０５演算増幅器３０６，４０６機能材料６０１電流源６０２容量６０３抵抗６０４電圧制御電流源６０５演算増幅器６０６基準電圧６０７出力７０１，８０１，９０１，１００１真空パッケージ７０２，８０２，９０２，１００２基板７０３，８０３，９０３，１００３ダイヤフラム７０４，８０４機能材料７０５，８０５，９０５，１００５回路７０６，８０６，９０６，１００６梁８０７，１００７配線９０４高速演算素子９０７超電導配線１００４強誘電体素子１１０１，１２０１，１３０１，１４０１ダイヤフラ
ム１１０２，１２０２，１３０２，１４０２梁１１０３，１２０３，１３０３，１４０３薄膜状ペル
チェ素子１１０４，１２０４，１３０４，１４０４熱電変換素
子１１０５機能材料１１０６，１２０６，１３０６，１４０６配線１２０５超伝導材料１２０７ジョセフソン接合１３０５ＳＩＳ接合１３０７，１３０８超伝導材料１４０７超電導ループ１４０８電子源又はイオン源１４０９穴１５０１半導体基板１５０２走査回路１５０３ダイヤフラム１５０４空洞１５０５赤外線吸収層１５０６熱電変換素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の温度で動作させる機能素子の少な
くとも一部が、電気信号を熱に変換する機能を備えた熱
分離構造体と熱的に接していることを特徴とする電子デ
バイス。
【請求項２】機能素子温度を、電気信号を熱に変換す
る機能を備えた熱分離構造体によって制御することを特
徴とする電子デバイス。
【請求項３】前記機能素子が冷却する事によって機能
が発現する素子であることを特徴とする請求項１または
２記載の電子デバイス。
【請求項４】前記素子が超伝導効果を有するものであ
ることを特徴とする請求項３記載の電子デバイス。
【請求項５】前記機能素子が冷却する事によって性能
が向上する素子であることを特徴とする請求項１または
２記載の電子デバイス。
【請求項６】前記素子が半導体素子であることを特徴
とする請求項５記載の電子デバイス。
【請求項７】前記素子が低温においてキャリア移動度
が増大する半導体であることを特徴とする請求項６記載
の電子デバイス。
【請求項８】前記素子は低温において界面準位が減少
する半導体であることを特徴とする請求項６記載の電子
デバイス。
【請求項９】前記半導体素子が半導体レーザ、半導体
集積回路、より選ばれた少なくとも一つであることを特
徴とする請求項６記載の電子デバイス。
【請求項１０】前記機能素子が加熱する事によって性
能が向上する素子であることを特徴とする請求項１また
は２記載の電子デバイス。
【請求項１１】前記素子が強誘電性を有する素子であ
ることを特徴とする請求項１０記載の電子デバイス。
【請求項１２】前記素子をキュリー温度近傍で使用す
ることを特徴とする請求項１１記載の電子デバイス。
【請求項１３】前記機能素子が温度を急速に変化させ
ることによって機能が発現する素子であることを特徴と
する請求項1または2記載の電子デバイス。
【請求項１４】前記素子が波長可変レーザであること
を特徴とする請求項１３記載の電子デバイス。
【請求項１５】前記熱分離構造体は、基板上に空洞を
介して素子部を有することを特徴とする請求項1から１
４のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項１６】前記素子部の厚さが１０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１５記載の電子デバイス。
【請求項１７】前記素子部を支持するための脚部を有
し、前記脚部は前記基板と電気的に導通をとるものであ
ることを特徴とする請求項１５から１６のいずれかに記
載の電子デバイス。
【請求項１８】前記電気信号を熱に変換する手段は薄
膜状ペルチェ素子によるものであることを特徴とする請
求項１から１７のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項１９】前記薄膜状ペルチェ素子がシリコンを
主成分とするものであることを特徴とする請求項１８記
載の電子デバイス。
【請求項２０】前記基板中に前記熱分離構造体に電気
信号を供給する回路を有することを特徴とする請求項１
から１９のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項２１】前記熱分離構造体を複数有し、それぞ
れの構造体の温度が任意温度に設定可能であることを特
徴とする請求項１から２０のいずれかに記載の電子デバ
イス。
【請求項２２】前記熱分離構造体が、熱を電気信号に
変換する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１
から２１のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項２３】前記熱を電気信号に変換する手段から
の信号によって、前記電気信号を熱に変換する手段を制
御する手段を有することを特徴とする請求項２２記載の
電子デバイス。
【請求項２４】前記制御する手段が、前記基板中に設
けられた制御回路であることを特徴とする請求項２３記
載の電子デバイス。