JP2014510396A5

JP2014510396A5 -

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Publication number: JP2014510396A5
Application number: JP2013552585A
Authority: JP
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2015-03-26

Claims

第１の端部および第２の端部をそれぞれ有しており、全てが実質的に互いに並行である、ナノワイヤー、
上記ナノワイヤーの間に配置され、表面を有する１つ以上の充填材、
各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の充填材の上記表面上にコンフォーマルに設置され、各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する接触層、および
上記接触層と電気的にカップリングされたシャントを備える、熱電素子。
上記１つ以上の充填材によって、上記ナノワイヤーは互いに相対的な位置に固定されることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
上記ナノワイヤーの各々は、上記第１の端部に関連付けられる第１のセグメント、および上記第２の端部に関連付けられる第２のセグメントをさらに備え、
上記第２のセグメントは実質的に、上記１つ以上の充填材によって周囲を囲まれ、
上記第１のセグメントは上記１つ以上の充填材から突出し、
上記接触層は、少なくとも上記第１のセグメントのそれぞれを介して上記ナノワイヤーを電気的に接続することを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記１つ以上の充填材の各々は、フォトレジスト、スピンオンガラス、スピンオンドーパント、エアロゲル、キセロゲル、窒化物、および酸化物からなる一群から選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記第１の端部および上記第２の端部の間の距離は、少なくとも３００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記距離は、少なくとも５２５μｍであることを特徴とする、請求項５に記載の熱電素子。
上記ナノワイヤーは、０．０１ｍｍ²未満のサイズのアレイ部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記ナノワイヤーは、１００ｍｍ²のサイズのアレイ部分を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記接触層は、半導体、半金属、および金属からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱電素子。
上記半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱電素子。
上記金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱電素子。
上記接触層は、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記シャントは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ、グラファイト、スチール、ニッケルと鉄の合金、および、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記シャントは、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記接触層を上記シャントと接続する結合層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記結合層は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の熱電素子。
上記シャント上に形成される絶縁層をさらに備える請求項１に記載の熱電素子。
上記絶縁層は、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＮ、およびＡｌ₂Ｏ₃からなる一群から選択される１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の熱電素子。
上記シャントは、上記ナノワイヤーを１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記接触層は、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部とカップリングされる１つ以上の第１の接触材、および
上記１つ以上の第１の接触材を介して上記ナノワイヤーの各々を電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材と接続する結合層をさらに備えることを特徴とする、請求項２１に記載の熱電素子。
上記結合層は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の熱電素子。
上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は、同一であることを特徴とする、請求項２１に記載の熱電素子。
上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は、異なる接触材であることを特徴とする、請求項２１に記載の熱電素子。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有しており、全てが実質的に互いに並行である、ナノワイヤー、
上記ナノワイヤーの間に配置され、第１の表面および第２の表面を有する１つ以上の充填材、
各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置される第１の接触層であって、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、上記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、および
各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置される第２の接触層であって、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第２の端部を介して上記ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、上記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントとを備える第２の電極構造を備える、熱電素子。
上記第１の接触層を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触層を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備えることを特徴とする、請求項２６に記載の熱電素子。
上記第１の接触層は、
上記各ナノワイヤーの少なくとも上記第１の端部と電気的にカップリングされる１つ以上の第１の接触材、および
少なくとも上記１つ以上の接触材を介して上記ナノワイヤーの各々を電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含むことを特徴とする、請求項２６に記載の熱電素子。
上記第１のシャントは、上記各ナノワイヤーにおける上記第１の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項２６に記載の熱電素子。
上記第２のシャントは、上記各ナノワイヤーにおける上記第２の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項２６に記載の熱電素子。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有する第１のナノワイヤー、
上記第１のナノワイヤーの間に配置され、第１の表面を有する１つ以上の第１の充填材、
各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の第１の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置される第１の接触層であって、上記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、上記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、上記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、
上記第２のナノワイヤーの間に配置され、第２の表面を有する１つ以上の第２の充填材、および
各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部および上記１つ以上の第２の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置される第２の接触層であって、上記各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、上記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントとを備える第２の電極構造を備える熱電素子であって、
上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
上記第２の端部は上記第４の端部と電気的にカップリングされる、熱電素子。
第１の側およびその反対側の第２の側を有する１つ以上の結合材をさらに備え、
上記第１の側は上記第２の側と電気的にカップリングされ、
上記第２の側は上記第４の端部と電気的にカップリングされることを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
上記１つ以上の結合材は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択されることを特徴とする、請求項３２に記載の熱電素子。
上記第１の接触層を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触層を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備えることを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有し、基板の第１の側と関連付けられる第１のナノワイヤー、
上記第１のナノワイヤーの間に配置され、第１の表面を有する１つ以上の第１の充填材、
各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の第１の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置される第１の接触層であって、上記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、上記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、上記基板の上記第１の側の反対側の第２の側に関連付けられる、上記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、
上記第２のナノワイヤーの間に配置され、第２の表面を有する１つ以上の第２の充填材、および
各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部および上記１つ以上の第２の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置される第２の接触層であって、上記各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、上記第２の接触層に電気的に接続する第２のシャントとを備える第２の電極構造を備える熱電素子であって、
上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である、熱電素子。
上記第１の接触層を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触層を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備えることを特徴とする、請求項３５に記載の熱電素子。
第１の端部および第２の端部をそれぞれ有しており、全てが実質的に互いに並行であるナノワイヤーを形成する工程、
上記ナノワイヤーの間に配置され、表面を有する１つ以上の充填材を形成する工程、
各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の充填材の上記表面上にコンフォーマルに設置され、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する接触層を堆積させる工程、および
上記接触層に電気的にカップリングされるシャントを形成する工程を備える、熱電素子の製造方法。
１つ以上の結合材を用いて上記接触層を上記シャントに結合させる工程をさらに備える請求項３７に記載の熱電素子の製造方法。
上記シャント上に絶縁層を形成する工程をさらに備える請求項３７に記載の熱電素子の製造方法。
上記接触層を堆積させる工程は、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部の上に、１つ以上の第１の接触材を堆積させる工程、および
少なくとも上記１つ以上の第１の接触材を介して上記ナノワイヤーのそれぞれを電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を堆積させる工程を備えることを特徴とする、請求項３７に記載の熱電素子の製造方法。
上記接触層を形成する工程は、１つ以上の結合材を用いて上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材と結合させる工程をさらに備える、請求項４０に記載の熱電素子の製造方法。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有しており、全てが実質的に互いに並行であるナノワイヤーを形成する工程、
上記ナノワイヤーの間に配置され、第１の表面および第２の表面を有する１つ以上の充填材を形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置され、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程と、上記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを形成する工程とを備える工程、および
第２の電極構造を形成する工程であって、各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第２の端部および上記１つ以上の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置され、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、上記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを形成する工程とを備える工程を備える、熱電素子の製造方法。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有する第１のナノワイヤーを形成する工程、
上記第１のナノワイヤーの間に配置され、第１の表面を有する１つ以上の第１の充填材を形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の第１の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置され、上記第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、上記第１の接触層に電気的に接続される第１のシャントとを堆積させる工程とを備える工程、および
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有する第２のナノワイヤーを形成する工程、
上記第２のナノワイヤーの間に配置され、第２の表面を有する１つ以上の第２の充填材を形成する工程、
第２の電極構造を形成する工程であって、各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部および上記１つ以上の第２の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置され、上記第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、上記第２の接触層に電気的に接続される第２のシャントを形成する工程とを備える工程、および
上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する工程を備える、熱電素子の製造方法であって、
上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である、熱電素子の製造方法。
上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する上記工程は、第１の側およびその反対側の第２の側を有する１つ以上の結合材を用いて上記第２の端部を上記第４の端部と結合させる工程を備え、
上記第１の側は上記第２の端部と電気的に接続され、
上記第２の側は上記第４の端部と電気的に接続されることを特徴とする、請求項４３に記載の熱電素子の製造方法。
第５の端部およびその反対側の第６の端部をそれぞれ有する第３のナノワイヤーを形成する工程をさらに備え、
上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する上記工程は、
１つ以上の第１の結合材を用いて上記第２の端部を上記第５の端部と結合させる工程、および
１つ以上の第２の結合材を用いて上記第４の端部を上記第６の端部と結合させる工程を備え、
上記第３のナノワイヤーの全ては、実質的に互いに並行であることを特徴とする、請求項４３に記載の熱電素子の製造方法。
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有し、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤーを形成する工程、
上記第１のナノワイヤーの間に配置され、第１の表面を有する１つ以上の第１の充填材を形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部および上記１つ以上の第１の充填材の上記第１の表面上にコンフォーマルに設置され、上記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程と、上記第１の接触層に電気的に接続される第１のシャントを形成する工程とを備える工程、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、上記基板の上記第１の側の反対側の第２の側に関連付けられる、上記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤーを形成する工程、
上記第２のナノワイヤーの間に配置され、第２の表面を有する１つ以上の第２の充填材を形成する工程、および
第２の電極構造を形成する工程であって、各第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部および上記１つ以上の第２の充填材の上記第２の表面上にコンフォーマルに設置され、上記第２のナノワイヤーにおける少なくとも上記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、上記第２の接触層に電気的に接続される第２のシャントを形成する工程とを備える工程、を備える熱電素子の製造方法であって、
上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である、熱電素子の製造方法。