JP2006521698A5 - - Google Patents

Claims (36)

1. ｎ型導電性を有する半導体エネルギー変換器であって、
   高温の熱交換表面と熱的に連通しているエミッタ領域であって、電子放出のためのドナー濃度ｎ^＊を有するｎ型領域を含むエミッタ領域と、
   ドナー・ドーピングｎを有する半導体ギャップ領域であって、前記エミッタ領域と電気的に及び熱的に連通しているギャップ領域と、
   アクセプタ濃度ｐ^＊を有し、前記エミッタ領域と前記ギャップ領域との間に挟まれているｐ型障壁層であって、前記エミッタ領域と前記ギャップ領域との間に電位障壁とフェルミ準位の不連続性とを与えるように構成されたｐ型障壁層と
   を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
2. 低温の熱交換表面と熱的に連通しているコレクタ領域をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
3. 前記ギャップ領域は、前記コレクタ領域と電気的に及び熱的に連通していることを特徴とする請求項２に記載の半導体エネルギー変換器。
4. 前記エミッタ領域と電気的に連通している第１オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体エネルギー変換器。
5. 前記コレクタ領域と電気的に連通している第２オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体エネルギー変換器。
6. 前記第１及び第２オーミック接触は、熱を電気に変換するために外部負荷を通して電気回路を閉じることを特徴とする請求項５に記載の半導体エネルギー変換器。
7. 前記第１及び第２オーミック接触は、電気を冷却に変換するために外部電源装置を通して電気回路を閉じることを特徴とする請求項５に記載の半導体エネルギー変換器。
8. 前記エミッタ領域は、金属か又は高濃度にｎドープされた異なる半導体材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
9. 前記ギャップ領域は、少なくとも１キャリア散乱長幅を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
10. 前記ギャップ領域は、少なくとも５キャリア散乱長幅を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
11. 前記ギャップ領域は、セグメント化され、半導体材料の第１層と、金属か又は異なる半導体材料の第２層を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
12. 前記ｐ型障壁層のｐ^＊ドーピング濃度は、ｐ_ｉ＞ｎ_ｉ（ｍ^＊ _ｐ／ｍ^＊ _ｎ）であるときのギャップ領域のｎドーピング濃度に関係し、ここで、ｍ^＊ _ｐは正孔の有効質量であり、ｍ^＊ _ｎは電子の有効質量であり、下付き文字ｉは所与の温度におけるキャリアのイオン化したフラクションを示すことを特徴とする請求項１に記載の半導体エネルギー変換器。
13. 前記コレクタ領域は、熱電逆流成分を減少させるために、前記ギャップ領域に隣接するキャリア濃度ｐ^＊＊を有する付加的な注入障壁層を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体エネルギー変換器。
14. 前記コレクタ領域は、前記変換器の低温側でブロッキング層として働くアクセプタ濃度ｐ^＊を有する付加的な補償層を含み、前記アクセプタ濃度は、前記ギャップ領域のドナー濃度と同じであることを特徴とする請求項２に記載の半導体エネルギー変換器。
15. 前記コレクタ領域は２つのｐ型層を含み、一方の層は、前記変換器の低温側でブロッキング層として働くキャリア濃度ｐ^＊を有し、他方の層は、付加的な注入障壁層として働くキャリア濃度ｐ^＊＊を有し、熱電逆流成分を減少させるために前記ギャップ領域に隣接していることを特徴とする請求項２に記載の半導体エネルギー変換器。
16. 前記付加的な注入障壁層のｐ^＊＊ドーピング濃度は、ｐ_ｉ＞ｎ_ｉ（ｍ^＊ _ｐ／ｍ^＊ _ｎ）であるときのギャップ領域のｎドーピング濃度に関係し、ここで、ｍ^＊ _ｐは正孔の有効質量であり、ｍ^＊ _ｎは電子の有効質量であり、下付き文字ｉは所与の温度におけるキャリアのイオン化したフラクションを示すことを特徴とする請求項１３に記載の半導体エネルギー変換器。
17. ｎ型導電性を有する半導体エネルギー変換器であって、
    高温の熱交換表面と熱的に連通しているエミッタ領域であって、電子放出のためのドナー濃度ｎ^＊を有するｎ型領域を含むエミッタ領域と、
    前記エミッタ領域に隣接するアクセプタ濃度ｐ^＊を有するｐ型障壁層であって、電位障壁とフェルミ準位の不連続性とを与えるように構成されたｐ型障壁層と、
    セグメント化され、半導体材料の第１層と、ヒートフロー密度を減少させる金属か又は異なる半導体材料の第２層を含むギャップ領域と
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
18. 前記エミッタ領域と電気的に連通している第１オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体エネルギー変換器。
19. 前記ギャップ領域と電気的に連通している第２オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体エネルギー変換器。
20. 前記第１層は、少なくとも１電子散乱長幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体エネルギー変換器。
21. 前記第１層は、少なくとも５電子散乱長幅を有することを特徴とする請求項１７に記載の半導体エネルギー変換器。
22. ｎ型導電性を有する半導体エネルギー変換器であって、
    高温の熱交換表面と熱的に連通しているエミッタ領域であって、正孔放出のためのアクセプタ濃度ｐ^＊を有するｐ型領域を含むエミッタ領域と、
    ドナー・ドーピングｐを有する半導体ギャップ領域であって、前記エミッタ領域と電気的に及び熱的に連通しているギャップ領域と、
    ドナー濃度ｎ^＊を有し、前記エミッタ領域と前記ギャップ領域との間に挟まれているｎ型障壁層であって、前記エミッタ領域と前記ギャップ領域との間に電位障壁とフェルミ準位の不連続性とを与えるように構成されたｎ型障壁層と
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
23. 低温の熱交換表面と熱的に連通しているコレクタ領域をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の半導体エネルギー変換器。
24. 前記ギャップ領域は、前記コレクタ領域と電気的に及び熱的に連通していることを特徴とする請求項２３に記載の半導体エネルギー変換器。
25. 前記エミッタ領域と電気的に連通している第１オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の半導体エネルギー変換器。
26. 前記コレクタ領域と電気的に連通している第２オーミック接触をさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の半導体エネルギー変換器。
27. 前記第１及び第２オーミック接触は、熱を電気に変換するために外部負荷を通して電気回路を閉じることを特徴とする請求項２６に記載の半導体エネルギー変換器。
28. 前記第１及び第２オーミック接触は、電気を冷却に変換するために外部電源装置を通して電気回路を閉じることを特徴とする請求項２６に記載の半導体エネルギー変換器。
29. 前記ギャップ領域は、少なくとも１キャリア散乱長幅を有することを特徴とする請求項２２に記載の半導体エネルギー変換器。
30. 前記ギャップ領域は、少なくとも５キャリア散乱長幅を有することを特徴とする請求項２２に記載の半導体エネルギー変換器。
31. サーマル・ダイオード・スタックを含む半導体エネルギー変換器であって、
    前記サーマル・ダイオード・スタックは、
    前記変換器の高温側にｎ^＊／ｐ／ｎの設計構造を有する第１ダイオードと、
    ｎ^＊層を有する前記変換器の低温側において終端する、前記第１ダイオードと同じ構造を有する複数のダイオードと
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
32. サーマル・ダイオード・スタックを含む半導体エネルギー変換器であって、
    前記サーマル・ダイオード・スタックは、
    前記変換器の高温側にｎ^＊／ｐ／ｎ／ｐ_ｃの設計構造を有する第１ダイオードと、
    ｎ^＊層を有する前記変換器の低温側において終端する、前記第１ダイオードと同じ構造を有する複数のダイオードと
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
33. サーマル・ダイオード・スタックを含む半導体エネルギー変換器であって、
    前記サーマル・ダイオード・スタックは、
    前記変換器の高温側にｎ^＊／ｐ／ｎ／ｐ_ｉの設計構造を有する第１ダイオードと、
    ｎ^＊層を有する前記変換器の低温側において終端する、前記第１ダイオードと同じ構造を有する複数のダイオードと
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
34. サーマル・ダイオード・スタックを含む半導体エネルギー変換器であって、
    前記サーマル・ダイオード・スタックは、
    前記変換器の高温側にｎ^＊／ｐ／ｎ／ｐ_ｉ／ｐ_ｃの設計構造を有する第１ダイオードと、
    ｎ^＊層を有する前記変換器の低温側において終端する、前記第１ダイオードと同じ構造を有する複数のダイオードと
    を含むことを特徴とする半導体エネルギー変換器。
35. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、又は電気エネルギーを冷却に変換するための方法であって、
    エミッタ領域とギャップ領域との間に配置されたｐ型障壁層を通して、高濃度にドープされたｎ^＊エミッタ領域からｎ型ギャップ領域にキャリアを注入するステップと、
    対応するフェルミ準位の不連続性を許容するステップと、
    エネルギーにより電子をソートするために電位障壁を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
36. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、又は電気エネルギーを冷却に変換するための方法であって、
    エミッタ領域とギャップ領域との間に配置されたｎ型障壁層を通して、高濃度にドープされたｐ^＊エミッタ領域からｐ型ギャップ領域にキャリアを注入するステップと、
    対応するフェルミ準位の不連続性を許容するステップと、
    エネルギーにより電子をソートするために電位障壁を形成するステップと
    を含むことを特徴とする方法。