JP2002277422A - コンビナトリアル試料の熱電特性測定方法及びその装置 - Google Patents

コンビナトリアル試料の熱電特性測定方法及びその装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定試料の評価を迅速に進めるとともに、熱
電材料の探索、半導体のキャリア制御等において有効な
コンビナトリアル試料の熱電特性測定方法及びその装置
を提供する。 【解決手段】 金属マスクを用いてパターンニングされ
た試料１０と、この試料１０に微小な温度勾配をかける
１対の試料台１１，１２と、前記温度勾配を測定する熱
電対１４と、前記試料１０に接触するプローブピンアレ
イ１５とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンビナトリアル
試料の熱電特性測定方法及びその装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、化石エネルギー源の枯渇、あるい
は温暖化現象・大気汚染などのため、余剰エネルギーの
再利用が非常に重視されつつある。熱電材料は余剰熱を
電気エネルギーに変換することができるため、従来の発
電システムなどに取り付けることにより、新たな電気エ
ネルギーを効率よく取り出せることになるため、より高
効率の熱電材料の出現が期待されている。また、熱電材
料に電流を流すと、ペルティエ効果によって一つの接合
部が冷却されるため、新たな冷却システムとして利用さ
れつつあり、より高効率な熱電材料が望まれている。
【０００３】また、近年、ワイドギャップ半導体、透明
半導体、有機半導体など、新規な半導体の開発が急ピッ
チで進められている。このような半導体をデバイスとし
て利用していくには、そのキャリア制御が重要である。
例えば正孔キャリア型半導体と電子キャリア型半導体の
接合（ｐｎ接合）などを形成することによって、トラン
ジスター、ＦＥＴ、ダイオード、太陽電池、レーザー発
振など、様々な特性のデバイスが生み出されることか
ら、特にキャリア符号は重要な特性パラメーターであ
る。
【０００４】通常、キャリア制御は、ドープされていな
い試料を作製中もしくは作製後に不純物置換や不純物ガ
ス雰囲気化での熱処理などによって行われるが、一般に
ドープされる量は非常に微量であるため、制御が容易で
はなく試行錯誤となることが多い。とくにワイドギャッ
プ半導体では、ｐ・ｎのどちらか特定の符号になりやす
い傾向があるため、これまでどちらかの型しか作製され
ていなかったり、作製条件の範囲が非常に狭かったりし
て、より精密な成長条件・ドープ条件探索が必要とされ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
で熱電材料の探索は、主に一つ一つ作製したものについ
て個々に熱電特性を評価していくため、多大な時間が浪
費されていた。
【０００６】特に、コンビナトリアル薄膜合成法を取り
入れた場合、隘路となるのは、熱電特性の評価方法であ
り、微小に多数作製された試料を滞りなく高速に測定す
る必要性がある。
【０００７】また、これまで半導体のキャリアドープ条
件の探索は、主に一つ一つ作製したものを個々にホール
抵抗・電気抵抗測定することによって行われてきたが、
この場合、問題点として、（１）一つ一つ測定するた
め、評価時間が多大にかかる、（２）大きな磁場発生装
置を必要とするために、装置が高価・巨大になり、簡便
な評価が出来ない、ということが挙げられる。
【０００８】本発明は、上記状況に鑑みて、測定試料の
評価を迅速に進めるとともに、熱電材料の探索、半導体
のキャリア制御等において有効なコンビナトリアル試料
の熱電特性測定方法及びその装置を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕コンビナトリアル試料の熱電特性測定方法におい
て、パターニングされたコンビナトリアル試料を、二つ
以上の熱浴間に取り付けることにより微小な温度勾配を
かけ、前記コンビナトリアル試料から温度勾配方向の電
気信号を多数取り出せるようにしたことを特徴とする。
【００１０】〔２〕コンビナトリアル試料の熱電特性測
定装置において、パターニングされたコンビナトリアル
試料と、この試料に微小な温度勾配をかけるための二つ
以上の熱浴と、前記温度勾配を測定する手段と、前記試
料に接触もしくは接続し、温度勾配方向の電気信号を多
数取り出せる部品を具備することを特徴とする。
【００１１】なお、ここで、熱浴とは、試料台の部分を
指す。ただし、単なる（試料）台ではなく、測定中に温
度が一定に保たれるように、ある程度熱容量が大きいも
のを指す（実際には銅などの金属でつくることが多く、
例えば熱容量の小さなプラスチックなどは用いられな
い）。通常の電気抵抗測定の温度依存性測定では、熱浴
は一つであるが、熱電特性測定には、必ず二つ以上必要
になる。
【００１２】より具体的な本発明の構成は、コンビナト
リアル試料の熱電特性測定方法において、フォトリソグ
ラフィー技術によってパターンニングされたコンビナト
リアル試料に、微小な温度勾配をかけ、さらにワイヤボ
ンディングによって、前記コンビナトリアル試料から多
数の電気信号を取り出せるようにしたことを特徴とす
る。
【００１３】また、コンビナトリアル試料の熱電特性測
定装置において、フォトリソグラフィー技術によってパ
ターンニングされた試料と、この試料に微小な温度勾配
をかける１対の試料台と、前記温度勾配を測定する手段
と、前記試料に接続されるワイヤボンディング手段とを
具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【００１５】図１は本発明の実施例を示すコンビナトリ
アル熱電特性測定装置のブロック図である。
【００１６】この図において、１は試料ステージ、２は
温度コントローラ、３は温度差コントローラ、４は電圧
計、５は電流計、６は配線切り替え装置、７はコンピュ
ータである。
【００１７】図２は本発明の第１実施例を示すコンビナ
トリアル熱電特性測定システムの測定部の斜視図であ
る。
【００１８】この図において、１０は金属マスクを用い
てパターンニングされた２次元コンビナトリアル測定試
料（微小試料）、１１，１２はその測定試料１０を載置
する１対の試料台、１３はその試料台の外側面に配置さ
れるヒーター、１４は１対の試料台１１，１２間に配置
される熱電対、１５は複数列に配置されたコンビナトリ
アル測定試料１０に一度に接続するように配置されるプ
ローブピンアレイである。
【００１９】そこで、金属マスクを用いてパターンニン
グされた測定試料１０に、ヒーター１３により、微小な
温度勾配（例えば、試料台１１より試料台１２の温度を
３℃高くする）をかけ、さらにプローブピンアレイ１５
による接触によって、コンビナトリアル測定試料１０か
ら多数の電気信号を取り出せるようにする。
【００２０】例えば、一列に４本のプローブピン１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを立てて、プローブピン１
５ａと１５ｄ間に電流を流すことにより、プローブピン
１５ｂと１５ｃとで、その電位差を測定して測定試料の
コンビナトリアル熱電特性測定を同じ測定条件で一度に
同時に測定することができる。
【００２１】測定された２次元的コンビナトリアル試料
は試料台１１，１２から取り外して、新たな２次元的コ
ンビナトリアル試料を載置して同じ条件で測定を行うこ
とができる。
【００２２】図３は本発明の第２実施例を示すコンビナ
トリアル熱電特性測定システムの測定部の斜視図であ
る。
【００２３】この実施例では、第１実施例のプローブピ
ンアレイに換えて、ボンディングワイヤによる接続を行
うようにしている。
【００２４】この図において、２０はフォトリソグラフ
ィー技術によってパターンニングされた、２次元的に配
置されたコンビナトリアル測定試料、２１，２２はその
測定試料２０を載置する１対の試料台、２３はその試料
台の外側面に配置されるヒーター、２４は１対の試料台
２１，２２間に配置される熱電対、２５はボンディング
用ターミナル、２６はそのボンディング用ターミナル２
５と測定試料２０間に設けられるボンディングワイヤで
ある。
【００２５】そこで、フォトリソグラフィー技術によっ
てパターンニングされた試料２０に、ヒーター２３によ
り、微小な温度勾配をかけ、ボンディングワイヤ２６に
よるワイヤーボンディングを用いてコンビナトリアル測
定試料２０からボンディング用ターミナル２５を介して
多数の電気信号を取り出せるようにする。
【００２６】図４は本発明の装置によって測定された熱
起電力の結果を示す図であり、横軸は温度差〔ΔＴ
（℃）〕、縦軸は熱起電力（μＶ）である。
【００２７】この図から明らかなように、温度差に対し
て熱起電力が線形に変化していることから、正しく測定
されていることがわかる。
【００２８】すなわち、本発明によれば、 （１）金属マスクを用いてパターンニングされた試料
に、微小な温度勾配をかけ、さらにプローブピンによる
接触によって、コンビナトリアル測定試料から多数の電
気信号を取り出すことができる。
【００２９】（２）フォトリソグラフィー技術によって
パターンニングされた試料に、微小な温度勾配をかけ、
ワイヤーボンディングを用いてコンビナトリアル測定試
料から多数の電気信号を取り出すことができる。
【００３０】本発明によって、コンビナトリアル薄膜合
成された測定試料は、同時に多数の熱起電力・電気抵抗
測定が可能となり、熱電材料の探索における高速スクリ
ーニングが可能となった。よって、本発明に基づく、こ
の装置は、熱電材料探索において重要な要素技術であ
る。
【００３１】すなわち、マスク機構を利用したコンビナ
トリアル薄膜合成は、高速な材料探索手段として、急速
に広まりつつある。この手法を用いて、熱電材料探索を
行った場合、作製された薄膜を評価するために、熱電特
性測定が必要とされるが、これまで個別に測定してきて
おり、評価時間が非常にかかっていた。
【００３２】本発明により、コンビナトリアル合成され
た薄膜の熱起電力と電気特性を同時に測定することが可
能となるため、高速な熱電特性の評価を行うことが可能
となった。この装置は、半導体におけるキャリアドープ
においても、導入されたキャリアの荷電の正負を容易に
評価することもできるなど、幅広く応用ができる。
【００３３】なお、上記実施例では、熱浴は、二つのも
のとして説明したが、二つ以上であってもよい。
【００３４】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、コンビナトリアル合成された薄膜の熱起電力と
電気特性を同時に測定することが可能となるため、高速
な熱電特性評価を行うことができる。よって、本発明に
基づく装置は、熱電材料探索において重要な要素技術で
ある。
【００３６】また、本発明は、半導体におけるキャリア
ドープにおいても、導入されたキャリアの荷電の正負を
容易に評価することもできるなど、幅広く応用ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すコンビナトリアル熱電特
性測定装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すプローブピンアレイ
を用いた方式のコンビナトリアル熱電特性測定装置の斜
視図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すワイヤーボンディン
グを用いた方式のコンビナトリアル熱電特性測定装置の
斜視図である。
【図４】本発明の装置によって、測定された熱起電力の
結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 試料ステージ ２ 温度コントローラ ３ 温度差コントローラ ４ 電圧計 ５ 電流計 ６ 配線切り替え装置 ７ コンピュータ １０ 金属マスクを用いてパターンニングされた２次
元コンビナトリアル測定試料 １１，１２，２１，２２ １対の試料台 １３，２３ ヒーター １４，２４ 熱電対 １５ プローブピンアレイ １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ プローブピン ２０ フォトリソグラフィー技術によってパターンニ
ングされた、２次元的に配置されたコンビナトリアル測
定試料 ２５ ボンディング用ターミナル ２６ ボンディングワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 秀樹 神奈川県大和市中央林間３−24−15高木荘 101 Ｆターム(参考） 2G060 AA09 AA20 AE40 AF07 AF13 EB08 HC10 4M106 AA10 BA14 CA03 DH44

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パターニングされたコンビナトリアル試
    料を、二つ以上の熱浴間に取り付けることにより微小な
    温度勾配をかけ、前記コンビナトリアル試料から温度勾
    配方向の電気信号を多数取り出せるようにしたことを特
    徴とするコンビナトリアル試料の熱電特性測定方法。
  2. 【請求項２】（ａ）パターニングされたコンビナトリア
    ル試料と、（ｂ）該試料に微小な温度勾配をかけるため
    の二つ以上の熱浴と、（ｃ）前記温度勾配を測定する手
    段と、（ｄ）前記試料に接触もしくは接続し、温度勾配
    方向の電気信号を多数取り出せる部品を具備することを
    特徴とするコンビナトリアル試料の熱電特性測定装置。
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