JP2017040556A - Sample support, electrothermal characteristic evaluation device, method of evaluating electrothermal characteristic, and method of evaluating electrode - Google Patents

Sample support, electrothermal characteristic evaluation device, method of evaluating electrothermal characteristic, and method of evaluating electrode Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample support for measuring electrothermal characteristics with high precision without depending upon the size of a sample to be measured, an electrothermal characteristic evaluation device using the same, a method of evaluating electrothermal characteristics using the same, and a method of evaluating an electrode.SOLUTION: A sample support according to the present invention comprises first/second blocks having first/second thermocouples insulated except tips thereof embedded, and the first/second blocks hold a sample therebetween with the tips of the first/second thermocouples in contact with the sample. A space between the first thermocouple and first block except a region where the first thermocouple comes into contact with the sample, and a space between the second thermocouple and second block except a region where the second thermocouple comes into contact with the sample are filled with a material having conductivity, and the first/second thermocouples extend out of plane-directional ends of the first/second blocks so as to be connected to a voltmeter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、試料台、熱電特性評価装置、熱電特性を評価する方法、および、電極を評価する方法に関する。   The present invention relates to a sample stage, a thermoelectric property evaluation apparatus, a method for evaluating thermoelectric properties, and a method for evaluating electrodes.

熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる熱電変換技術が注目されている。特に、近年のセンシング技術や無線技術の発達により、「nW」や「μW」などの低出力領域における熱電変換技術の応用が期待されている。そのため、材料端の温度差により発電する熱電変換の材料(熱電材料とも呼ばれる)は、バルク形状から膜形状まで様々な厚さを有する。このような熱電材料の熱電特性を評価する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。   Thermoelectric conversion technology that can convert thermal energy directly into electrical energy has attracted attention. In particular, due to recent developments in sensing technology and wireless technology, application of thermoelectric conversion technology in low output regions such as “nW” and “μW” is expected. Therefore, a thermoelectric conversion material (also referred to as a thermoelectric material) that generates electricity due to a temperature difference at the material edge has various thicknesses from a bulk shape to a film shape. A technique for evaluating the thermoelectric characteristics of such a thermoelectric material has been developed (for example, Patent Document 1).

図34は、従来技術による熱電特性評価装置の模式図である。   FIG. 34 is a schematic diagram of a conventional thermoelectric property evaluation apparatus.

図34の熱電特性評価装置1は、特許文献1の図1と同じである。特許文献1によれば、測定試料Sの端面Seを第1電極14及び第2電極15で挟んで一対のブロック11で支持し、測定試料Sに温度勾配を形成し、開閉器18を開いた状態で電圧測定手段16により測定された測定試料Sの熱起電力及び測温手段21、22により測定された測定試料Sの端面Seの温度差に基づいて測定試料Sの熱電能を算出し、測定試料Sの熱起電力を発生させた後に開閉器18を閉じて放電し電圧測定手段16により測定された測定試料Sの電圧降下及び電流測定手段17により測定された電流値に基づいて測定試料Sの抵抗率を算出することができる。抵抗率の測定では、測定試料Sの熱起電力を利用して開閉器18を閉じることにより短時間で生じる放電を利用するため、パルス通電可能な定電流電源などを用いる必要がない。これにより、従来装置に比べ構成が簡単で安価な熱電特性評価装置により、精度の高い熱電能、抵抗率の測定を実現することができる。   The thermoelectric property evaluation apparatus 1 shown in FIG. 34 is the same as that shown in FIG. According to Patent Document 1, the end surface Se of the measurement sample S is sandwiched between the first electrode 14 and the second electrode 15 and supported by the pair of blocks 11, a temperature gradient is formed in the measurement sample S, and the switch 18 is opened. The thermoelectric power of the measurement sample S is calculated based on the thermoelectromotive force of the measurement sample S measured by the voltage measurement means 16 in the state and the temperature difference of the end surface Se of the measurement sample S measured by the temperature measurement means 21 and 22; After generating the thermoelectromotive force of the measurement sample S, the switch 18 is closed and discharged, and the measurement sample is measured based on the voltage drop of the measurement sample S measured by the voltage measurement means 16 and the current value measured by the current measurement means 17. The resistivity of S can be calculated. In the measurement of the resistivity, since the discharge generated in a short time by closing the switch 18 using the thermoelectromotive force of the measurement sample S is used, it is not necessary to use a constant current power source capable of pulse energization. Accordingly, it is possible to realize highly accurate measurement of thermoelectric power and resistivity with a thermoelectric characteristic evaluation apparatus that is simpler and less expensive than the conventional apparatus.

しかしながら、特許文献1の熱電特性評価装置1を用いた熱電特性評価では、各構成要素における抵抗を考慮する必要があり、計算が煩雑になるだけでなく、誤差を低減することはできない。また、特許文献1の熱電特性評価装置1では、熱電対21、22が電極を介して直接試料Sに接する構造をするものの、測定試料Sの大きさに制限があった。   However, in the thermoelectric characteristic evaluation using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 1 of Patent Document 1, it is necessary to consider the resistance in each component, which not only makes the calculation complicated, but also cannot reduce errors. Moreover, in the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 1 of Patent Document 1, although the thermocouples 21 and 22 have a structure in direct contact with the sample S through electrodes, the size of the measurement sample S is limited.

一方、熱電材料の性能評価には、次式で表される無次元性能指数ZTが用いられており、ZT≧1が実用化の目安とされている。
ZT=SσT/k
ここで、Sは絶対ゼーベック係数であり、σは導電率であり、Tは絶対温度であり、kは熱伝導率である。出力は、熱電材料の両端の温度が一定であるとすると、Sσに依存し、Sσは出力因子と呼ばれる。
On the other hand, a dimensionless figure of merit ZT represented by the following formula is used for performance evaluation of thermoelectric materials, and ZT ≧ 1 is regarded as a standard for practical use.
ZT = S 2 σT / k
Here, S is the absolute Seebeck coefficient, σ is the conductivity, T is the absolute temperature, and k is the thermal conductivity. Output, the temperature of both ends of the thermoelectric material is constant, depending on the S 2 sigma, the S 2 sigma called power factor.

しかしながら、無次元性能指数ZTを用いた評価の精度は、十分でなく、「nW」や「μW」などの低出力領域を考慮すれば、より高精度な評価方法の開発が望まれている。   However, the accuracy of evaluation using the dimensionless figure of merit ZT is not sufficient, and considering a low output region such as “nW” or “μW”, development of a more accurate evaluation method is desired.

特開2011−185697号公報JP 2011-185697 A

本発明の課題は、測定されるべき試料の大きさ(高さや断面積等)に依存することなく熱電特性を高精度に測定するための試料台、それを用いた熱電特性装置、それを用いた熱電特性評価方法、および、電極を評価する方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、熱電材料の性能指数を高精度に評価できる方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a sample stage for measuring thermoelectric characteristics with high accuracy without depending on the size (height, cross-sectional area, etc.) of the sample to be measured, a thermoelectric characteristic device using the same, and a device using the same. A thermoelectric property evaluation method and an electrode evaluation method. The further subject of this invention is providing the method which can evaluate the figure of merit of a thermoelectric material with high precision.

本発明による試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための試料台は、先端以外が絶縁された第1の熱電対が埋め込まれた第1のブロックと、先端以外が絶縁された第2の熱電対が埋め込まれた第2のブロックとを備え、前記第1のブロックと前記第2のブロックとは、前記第1の熱電対および前記第2の熱電対のそれぞれの前記先端が前記試料と接触するよう、前記試料を挟持し、前記第1の熱電対と前記試料とが接する領域以外の前記第1の熱電対と前記第1のブロックとの間の空間、ならびに、前記第2の熱電対と前記試料とが接する領域以外の前記第2の熱電対と前記第2のブロックとの間の空間は、導電性を有する材料で充填されており、前記第1の熱電対は、電圧計に接続されるよう、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出ており、前記第2の熱電対は、前記電圧計に接続されるよう、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出ており、これにより上記課題を達成する。
前記材料は、室温における絶対ゼーベック係数の絶対値が0μV/K以上20μV/K以下を満たしてもよい。
前記材料は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択されてもよい。
前記材料は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物であってもよい。
前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなってもよい。
前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択されてもよい。
前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物であってもよい。
前記第1の熱電対および前記第2の熱電対は、電極が付与された試料と接してもよい。
前記電極の厚さは、400nm以上であってもよい。
外部ヒータに収容されてもよい。
本発明による熱電特性評価装置は、試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための上述の試料台と、前記試料に温度勾配を形成する温度勾配手段と、前記試料間の電位差を測定する電圧計とを備え、前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されており、これにより上記課題を達成する。
前記温度勾配手段は、前記第1のブロックの前記試料と接する側と対向する側に設けられた加熱装置と、前記第2のブロックの前記試料と接する側と対向する側に設けられた冷却装置とを備えてもよい。
前記試料および前記電圧計からなる電圧測定回路の開閉を行う開閉器をさらに備えてもよい。
前記試料に電流を印加する電源をさらに備え、前記電源は、前記第1のブロック、および、前記第2のブロックにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子を介して接続されてもよい。
前記試料に電流を印加する電源をさらに備え、前記電源は、前記第1のブロックと前記加熱装置との間、および、前記第2のブロックと前記冷却装置との間にそれぞれ設置された電流端子を介して接続されてもよい。
前記電流端子は、導線が巻き付けられたブロックからなり、前記ブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなってもよい。
本発明による熱電特性評価装置は、試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための上述の試料台と、前記試料間の電位差を測定する電圧計と、前記試料に電流を印加する電源とを備え、前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されており、前記電源は、前記第1のブロック、および、前記第2のブロックにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子を介して接続され、これにより上記課題を達成する。
本発明による熱電特性評価装置は、試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための上述の試料台と、前記試料間の電位差を測定する電圧計と、前記試料に電流を印加する電源とを備え、前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されており、前記電源は、前記第1のブロックの前記試料と接する側と対向する側、および、前記第2のブロックの前記試料と接する側と対向する側にそれぞれ設置された電流端子を介して接続され、これにより上記課題を達成する。
前記電流端子は、導線が巻き付けられたブロックからなり、前記ブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなってもよい。
本発明による上述の試料台を用いて、試料の熱電特性を評価する方法は、電極が付与された試料を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に温度勾配を形成するステップと、前記形成された温度勾配によって発生する前記試料間の電位差および温度差を測定するステップと、前記温度勾配を形成するステップと、前記電位差および温度差を測定するステップとを繰り返すステップと、次式に基づいて絶対ゼーベック係数を算出するステップと
S=∇E/∇T+S熱電対(ここで、S(μV/K)は、絶対ゼーベック係数であり、∇T(K)および∇E(μV)は、それぞれ、前記繰り返すステップによって得られた前記試料間の温度差の変化および電位差の変化であり、S熱電対(μV/K)は、前記第1の熱電対および前記第2の熱電対を構成する材料のゼーベック係数である)
を包含し、これにより上記課題を達成する。
前記温度勾配を形成するステップ、および、前記電位差および温度差を測定するステップは、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行ってもよい。
前記温度勾配を形成するステップ、前記電位差を測定するステップ、前記繰り返すステップ、および、前記絶対ゼーベック係数を算出するステップを異なる温度に対して少なくとも2以上繰り返すステップと、前記2以上繰り返すステップによって得られた絶対ゼーベック係数を温度に対してプロットし、フィッティングするステップと、前記フィッティングによって得られた絶対ゼーベック係数の温度依存性の式を、測定された温度範囲について定積分し、開回路電圧を算出するステップとをさらに包含してもよい。
本発明による上述の試料台を用いて、試料の熱電特性を評価する方法は、電極が付与された試料を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に電流を印加するステップと、前記電流が印加された試料間の電位差を測定するステップと、前記電流を印加するステップおよび前記電位差を測定するステップを繰り返すステップと、次式に基づいて前記試料の内部抵抗を算出するステップと
R=∇V/∇I(ここで、Rは、前記試料の内部抵抗であり、∇I(A)は、前記繰り返すステップで得られた電流値の変化であり、∇Vは、前記繰り返すステップで得られた前記試料間の電位差の変化である。)
を包含し、これにより上記課題を達成する。
前記電流を印加するステップおよび電位差を測定するステップは、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行ってもよい。
次式に基づいて前記試料の電気伝導度を算出するステップ
σ=L/{(R−R接触抵抗)A}(ここで、σ(S/cm)は、前記試料の電気伝導度であり、L(cm)は、試料の長さであり、A(cm)は、試料の断面積であり、R(Ω)は、前記試料の内部抵抗であり、R接触抵抗(Ω)は、前記試料と前記電極との間の抵抗値、前記電極を構成する材料の抵抗値、前記電極と前記第1の熱電対との間の抵抗値、前記電極と前記第2の熱電対との間の抵抗値、ならびに、第1の熱電対および前記第2の熱電対を構成する材料の抵抗値の合計である)
をさらに包含してもよい。
前記R接触抵抗(Ω)は、前記試料の長さ(ただし、試料の断面積は一定とする)に対する抵抗値の変化をプロットした際の、前記試料の長さが0の場合の抵抗値であってもよい。
前記試料に温度勾配を形成するステップと、前記形成された温度勾配によって発生する前記試料間の電位差を測定するステップと、次式に基づいて前記試料の有効最大出力を算出するステップと
max={(ΔE)×L}/{4×R×A}(ここで、Pmaxは、前記試料の有効最大出力であり、ΔE(μV)は、前記電位差を測定するステップで得られた前記試料間の電位差であり、L(cm)は、前記試料の長さであり、R(Ω)は、前記試料の内部抵抗であり、A(cm)は、前記試料の断面積である)
をさらに包含してもよい。
前記試料は、n型熱電材料および/またはp型熱電材料からなる1以上の素子を備えたモジュールであり、次式に基づいて、前記試料の最大出力密度を算出するステップ
={(Pmax(n)+Pmax(p))×a}/(2×L)(ここで、Pは、前記試料の最大出力密度であり、Pmax(n)は、n型熱電材料の有効最大出力であり、Pmax(p)は、p型熱電材料の有効最大出力であり、a(%)は、前記モジュール中の前記n型熱電材料および/またはp型熱電材料の充填率であり、L(cm)は、前記n型熱電材料および/またはp型熱電材料の長さである)
をさらに包含してもよい。
本発明による上述の試料台を用いて、熱電材料に使用する電極を評価する方法は、電極が付与された熱電材料からなる、異なる長さを有する試料(ただし、試料の断面積は一定とする)を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に電流を印加するステップと、前記電流が印加された試料間の電位差を測定するステップと、前記電流を印加するステップおよび前記電位差を測定するステップを繰り返すステップと、次式に基づいて前記試料の抵抗を算出するステップと、
R=∇V/∇I(ここで、Rは、前記試料の内部抵抗であり、∇I(A)は、前記繰り返すステップで得られた電流値の変化であり、∇Vは、前記繰り返すステップで得られた電位差の変化である。)
前記試料の長さに対して抵抗をプロットし、前記試料の長さが0の場合の抵抗を読み取るステップとを包含し、これにより上記課題を解決する。
A sample stage for sandwiching a sample according to the present invention and evaluating the thermoelectric characteristics of the sample includes a first block in which a first thermocouple having an insulating portion other than the tip is embedded, and a first block having an insulating portion other than the tip. A second block in which two thermocouples are embedded, wherein the first block and the second block have the tips of the first thermocouple and the second thermocouple, respectively. A space between the first thermocouple and the first block other than a region where the first thermocouple and the sample are in contact with each other, the second thermocouple and the sample are in contact with each other, and the second block The space between the second thermocouple and the second block other than the region where the thermocouple and the sample are in contact with each other is filled with a conductive material, and the first thermocouple is A planar end of the first block to be connected to a voltmeter And exits to the outside from the second thermocouple to be connected to the voltmeter, and exits to the outside from the end portion of the planar direction of the second block, thereby achieving the above-mentioned problems.
The material may satisfy an absolute value of an absolute Seebeck coefficient at room temperature of 0 μV / K or more and 20 μV / K or less.
The material is Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and at least one of them. It may be selected from the group consisting of containing alloys.
The material is at least one selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, and Zn. It may be an intermetallic compound containing a metal.
The first block and the second block may be made of a thermally conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature.
The first block and the second block are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn And at least one of these alloys may be selected.
The first block and the second block are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, and Zn. It may be an intermetallic compound containing at least one metal selected from the group consisting of:
The first thermocouple and the second thermocouple may be in contact with a sample provided with an electrode.
The thickness of the electrode may be 400 nm or more.
It may be accommodated in an external heater.
The thermoelectric property evaluation apparatus according to the present invention sandwiches a sample, measures the potential difference between the sample, the above-described sample stage for evaluating the thermoelectric property of the sample, temperature gradient means for forming a temperature gradient in the sample, and the like. And the voltmeter is connected to the first thermocouple that is exposed to the outside from the planar end of the first block and from the planar end of the second block to the outside. It is connected to the second thermocouple that comes out, thereby achieving the above object.
The temperature gradient means includes a heating device provided on a side facing the sample of the first block, and a cooling device provided on a side facing the sample of the second block. And may be provided.
You may further provide the switch which opens and closes the voltage measurement circuit which consists of the said sample and the said voltmeter.
The power source may further include a power source for applying a current to the sample, and the power source may be connected via current terminals formed of conductive wires respectively wound around the first block and the second block.
The power supply further applies a current to the sample, and the power supply is installed between the first block and the heating device and between the second block and the cooling device, respectively. It may be connected via.
The current terminal may be made of a block around which a conducting wire is wound, and the block may be made of a heat conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature.
A thermoelectric property evaluation apparatus according to the present invention includes a sample table for holding a sample and evaluating the thermoelectric property of the sample, a voltmeter for measuring a potential difference between the samples, and a power source for applying a current to the sample. And the voltmeter exits to the outside from the first end of the first block in the planar direction, and from the end of the second block in the planar direction to the outside. The power source is connected to a second thermocouple, and the power source is connected to the first block and a current terminal made of a conductive wire wound around the second block. Achieve.
A thermoelectric property evaluation apparatus according to the present invention includes a sample table for holding a sample and evaluating the thermoelectric property of the sample, a voltmeter for measuring a potential difference between the samples, and a power source for applying a current to the sample. And the voltmeter exits to the outside from the first end of the first block in the planar direction, and from the end of the second block in the planar direction to the outside. The power source is connected to a second thermocouple, and the power source is on the side of the first block that faces the sample and the side of the second block that faces the sample. Each is connected via an installed current terminal, thereby achieving the above object.
The current terminal may be made of a block around which a conducting wire is wound, and the block may be made of a heat conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature.
The method for evaluating the thermoelectric characteristics of a sample using the above-described sample stage according to the present invention includes sandwiching a sample provided with an electrode between the first block and the second block, and applying a temperature gradient to the sample. Repeating the steps of forming, measuring the potential difference and the temperature difference between the samples generated by the formed temperature gradient, forming the temperature gradient, and measuring the potential difference and the temperature difference And calculating the absolute Seebeck coefficient based on the following equation and S = ∇E / ∇T + S thermocouple (where S (μV / K) is the absolute Seebeck coefficient, and ∇T (K) and ∇E (.mu.V), respectively, the change and the potential difference change of the temperature difference between the sample obtained by the repeating step, S thermocouples (μV / K), said first thermocouple Oyo Is a Seebeck coefficient of the material of the second thermocouple)
Thereby achieving the above-mentioned object.
The step of forming the temperature gradient and the step of measuring the potential difference and the temperature difference may be performed in the atmosphere, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere.
The step of forming the temperature gradient, the step of measuring the potential difference, the step of repeating, and the step of calculating the absolute Seebeck coefficient are repeated at least two or more for different temperatures, and obtained by the step of repeating the two or more. Plotting the absolute Seebeck coefficient against temperature and fitting, and the equation of the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient obtained by the fitting is integrated over the measured temperature range to calculate the open circuit voltage A step may be further included.
The method for evaluating the thermoelectric characteristics of a sample using the above-described sample stage according to the present invention includes sandwiching a sample provided with an electrode between the first block and the second block, and applying an electric current to the sample. A step of measuring a potential difference between samples to which the current is applied, a step of repeating the step of applying the current and the step of measuring the potential difference, and calculating an internal resistance of the sample based on the following equation: And R = ∇V / ∇I (where R is the internal resistance of the sample, ∇I (A) is the change in current value obtained in the repeating step, and ∇V is This is a change in potential difference between the samples obtained in the repeating step.)
Thereby achieving the above-mentioned object.
The step of applying the current and the step of measuring the potential difference may be performed in the air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere.
Step of calculating electric conductivity of the sample based on the following formula: σ = L / {(RR contact resistance ) A} (where σ (S / cm) is the electric conductivity of the sample, L (cm) is the length of the sample, A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample, R (Ω) is the internal resistance of the sample, and R contact resistance (Ω) is Resistance value between the sample and the electrode, resistance value of the material constituting the electrode, resistance value between the electrode and the first thermocouple, between the electrode and the second thermocouple Resistance value and the total resistance value of the materials constituting the first thermocouple and the second thermocouple)
May further be included.
The R contact resistance (Ω) is a resistance value when the length of the sample is 0 when plotting a change in resistance value with respect to the length of the sample (provided that the cross-sectional area of the sample is constant). There may be.
Forming a temperature gradient in the sample; measuring a potential difference between the samples generated by the formed temperature gradient; calculating an effective maximum output of the sample based on the following equation: P max = {(ΔE) 2 × L} / {4 × R × A} (where P max is the effective maximum output of the sample, and ΔE (μV) is obtained in the step of measuring the potential difference. The potential difference between the samples, L (cm) is the length of the sample, R (Ω) is the internal resistance of the sample, and A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample)
May further be included.
The sample is a module including one or more elements made of an n-type thermoelectric material and / or a p-type thermoelectric material, and a step of calculating the maximum output density of the sample based on the following formula: P A = {(P max (n) + P max ( p)) × a} / (2 × L) ( where, P a is the maximum power density of the sample, P max (n) effective maximum of the n-type thermoelectric material Is the output, P max (p) is the effective maximum output of the p-type thermoelectric material, a (%) is the filling rate of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material in the module, L (cm) is the length of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material)
May further be included.
A method for evaluating an electrode used for a thermoelectric material by using the above-described sample stage according to the present invention is a sample having different lengths made of a thermoelectric material provided with an electrode (however, the cross-sectional area of the sample is constant). ) Between the first block and the second block, applying a current to the sample, measuring a potential difference between the samples to which the current is applied, and applying the current And repeating the step of measuring the potential difference, calculating the resistance of the sample based on the following equation:
R = ∇V / ∇I (where R is the internal resistance of the sample, ∇I (A) is the change in current value obtained in the repeating step, and ∇V is the repeating step) (This is the change in the potential difference obtained in.)
Plotting the resistance against the length of the sample and reading the resistance when the length of the sample is zero, thereby solving the above-mentioned problems.

本発明による試料台は、第1のブロックと第2のブロックとが、第1の熱電対および第2の熱電対のそれぞれの先端が試料と接触するよう、試料を挟持する。さらに、本発明による試料台は、第1の熱電対と試料とが接する領域以外の第1の熱電対と第1のブロックとの間の空間、ならびに、第2の熱電対と試料とが接する領域以外の第2の熱電対と第2のブロックとの間の空間は、導電性を有する材料で充填されている。これにより、第1/第2の熱電対と第1/第2のブロックとの間の隙間がなくなり一体化され、第1および第2の熱電対が試料に接しさえすればよいため、第1/第2のブロックの大きさを考慮することなく、任意の厚さおよび断面積を有する試料を測定できる。さらに、試料台における電極が不要となるので、電極の抵抗あるいは電極と試料との間の抵抗を単純化し、熱電特性を高精度に測定できる。また、本発明による試料台は、第1および第2の熱電対が、それぞれ、第1および第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出ているので、試料に均一に圧力をかけることができる。この結果、接触抵抗の変化が低減し、熱電特性を高精度に評価できる。   In the sample stage according to the present invention, the first block and the second block sandwich the sample such that the tips of the first thermocouple and the second thermocouple are in contact with the sample. Furthermore, in the sample stage according to the present invention, the space between the first thermocouple and the first block other than the region where the first thermocouple and the sample are in contact, and the second thermocouple and the sample are in contact. A space between the second thermocouple and the second block other than the region is filled with a conductive material. As a result, the gap between the first / second thermocouple and the first / second block is eliminated and integrated, and the first and second thermocouples only need to contact the sample. / A sample having an arbitrary thickness and cross-sectional area can be measured without considering the size of the second block. Furthermore, since the electrode on the sample stage becomes unnecessary, the resistance of the electrode or the resistance between the electrode and the sample can be simplified, and the thermoelectric characteristics can be measured with high accuracy. In the sample stage according to the present invention, the first and second thermocouples are exposed to the outside from the end portions in the plane direction of the first and second blocks, respectively. Can do. As a result, the change in contact resistance is reduced, and the thermoelectric characteristics can be evaluated with high accuracy.

本発明による熱電特性評価装置は、上述の試料台と、温度勾配手段と、電圧計とを備え、電圧計は、試料台から外部へ出た第1の熱電対および第2の熱電対に接続されている。これにより、接触抵抗等の各種の抵抗が単純化されるので、絶対ゼーベック係数を高精度に算出できる。   A thermoelectric property evaluation apparatus according to the present invention includes the above-described sample stage, a temperature gradient unit, and a voltmeter, and the voltmeter is connected to the first thermocouple and the second thermocouple that have come out of the sample stage. Has been. As a result, various resistances such as contact resistance are simplified, and the absolute Seebeck coefficient can be calculated with high accuracy.

本発明による熱電特性評価装置は、上述の試料台と、電圧計と、電源とを備え、電圧計は、試料台から外部へ出た第1の熱電対および第2の熱電対に接続されており、電源は、第1のブロックおよび第2のブロックにそれぞれ巻き付けられた電流端子を介して接続されているか、または、第1のブロックおよび第2のブロックそれぞれに設置された電流端子を介して接続されている。これにより、接触抵抗等の各種の抵抗が単純化されるので、内部抵抗および電気伝導度を高精度に算出できる。   A thermoelectric property evaluation apparatus according to the present invention includes the above-described sample stage, a voltmeter, and a power source, and the voltmeter is connected to a first thermocouple and a second thermocouple that are exposed to the outside from the sample stage. And the power source is connected through current terminals wound around the first block and the second block, respectively, or through current terminals installed in the first block and the second block, respectively. It is connected. As a result, various resistances such as contact resistance are simplified, so that internal resistance and electrical conductivity can be calculated with high accuracy.

さらに、本発明の熱電特性評価方法によれば、絶対ゼーベック係数の温度依存性を考慮したフィッティングを行うので、より高精度に開回路電圧を求めることができる。このようにして得た開回路電圧は、従来の無次元性能指数ZTを用いたそれよりも正確であり、熱電材料の性能指数の評価に好適である。   Furthermore, according to the thermoelectric characteristic evaluation method of the present invention, the fitting considering the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient is performed, so that the open circuit voltage can be obtained with higher accuracy. The open circuit voltage thus obtained is more accurate than that using the conventional dimensionless figure of merit ZT and is suitable for evaluating the figure of merit of thermoelectric materials.

本発明の試料台の模式図Schematic diagram of the sample stage of the present invention 本発明の熱電対の模式図Schematic diagram of thermocouple of the present invention 本発明の熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 本発明の熱電特性評価装置に接続する開閉器の模式図Schematic diagram of a switch connected to the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 図3に示す本発明の熱電特性評価装置および従来技術の熱電特性評価装置の等価回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of this invention shown in FIG. 3, and the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of a prior art 本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として絶対ゼーベック係数を評価するフローチャートFlowchart for evaluating absolute Seebeck coefficient as thermoelectric characteristics of a sample using the sample stage of the present invention 本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として開回路電圧を評価するフローチャートFlow chart for evaluating an open circuit voltage as a thermoelectric characteristic of a sample using the sample stage of the present invention. 本発明の熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 本発明の別の熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of another thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として内部抵抗および電気伝導度を評価するフローチャートFlow chart for evaluating internal resistance and electrical conductivity as thermoelectric characteristics of a sample using the sample stage of the present invention 本発明の試料台を用いた、接触抵抗を算出するフローチャートFlowchart for calculating contact resistance using the sample stage of the present invention 本発明の熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 本発明の別の熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of another thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention 本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として有効最大出力を評価するフローチャートFlow chart for evaluating effective maximum output as thermoelectric characteristics of a sample using the sample stage of the present invention 本発明の試料台を用いて構成した熱電特性評価装置の外観(A)および模式図(B)を示す図The figure which shows the external appearance (A) and schematic diagram (B) of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus comprised using the sample stand of this invention 図15に示す熱電特性評価装置を収容したガス置換チャンバの外観(A)および模式図(B)Appearance (A) and schematic diagram (B) of a gas replacement chamber containing the thermoelectric property evaluation apparatus shown in FIG. 従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of a conventional thermoelectric property evaluation device that measures the longitudinal direction 実施例1によるSiウェハの全熱起電力の温度差依存性を示す図The figure which shows the temperature difference dependence of the total thermoelectromotive force of Si wafer by Example 1. 実施例2によるNiプレートの絶対ゼーベック係数の温度依存性を示す図The figure which shows the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient of Ni plate by Example 2. 実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの外観を示す図It shows the appearance of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3 実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの両端の温度、および、温度差のヒータ出力依存性を示す図It shows temperature and the heater output dependent temperature difference between both ends of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3 実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの熱起電力の温度差依存性を示す図It shows a temperature difference dependence of the thermal electromotive force of Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3 実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数の温度依存性を示す図Figure shows the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient of Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3 Auの電気伝導度の膜厚依存性を示す図The figure which shows the film thickness dependence of the electrical conductivity of Au 本発明の試料台を用いて構成した熱電特性評価装置の外観(A)および模式図(B)を示す図The figure which shows the external appearance (A) and schematic diagram (B) of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus comprised using the sample stand of this invention 実施例4によるBiTe2.85Se0.15ブロックの抵抗の長さ依存性を示す図It shows the length dependence of the resistance of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 blocks according to Example 4 実施例4によるBiTe2.85Se0.15ブロックの電気伝導度の断面積依存性を示す図Shows a cross-sectional area dependence of the electrical conductivity of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 blocks according to Example 4 実施例5によるBiTeナノワイヤアレイのIV曲線を示す図FIG. 5 shows an IV curve of a Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 5. 比較例6によるBiTeナノワイヤアレイのIV曲線を示す図It shows the IV curve of Bi 2 Te 3 nanowire array according to Comparative Example 6 実施例5および比較例6による試料中を流れる電流の様子を示す図The figure which shows the mode of the electric current which flows through the sample by Example 5 and Comparative Example 6 実施例7によるBiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数と温度との関係を示す図Diagram showing a relationship between the absolute Seebeck coefficient and temperature of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 7 実施例7および比較例8によるBiTeナノワイヤアレイの開回路電圧の温度依存性を示す図Diagram showing the temperature dependence of the open-circuit voltage of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 7 and Comparative Example 8 実施例9によるNiプレートの各温度差におけるIV曲線および出力曲線を示す図The figure which shows the IV curve and output curve in each temperature difference of Ni plate by Example 9 従来技術による熱電特性評価装置の模式図Schematic diagram of a conventional thermoelectric property evaluation device

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the same element and the description is abbreviate | omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1では、本発明の試料台について説明する。
図1は、本発明の試料台の模式図である。
図2は、本発明の熱電対の模式図である。
(Embodiment 1)
In Embodiment 1, a sample stage of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic diagram of a sample stage of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of the thermocouple of the present invention.

本発明の試料台100は、試料110を挟持し、試料110の熱電特性を評価するために用いられる。試料台100は、先端以外が絶縁された第1の熱電対120aが埋め込まれた第1のブロック130aと、先端以外が絶縁された第2の熱電対120bが埋め込まれた第2のブロック130bとを備える。   The sample stage 100 of the present invention is used for holding the sample 110 and evaluating the thermoelectric characteristics of the sample 110. The sample stage 100 includes a first block 130a in which a first thermocouple 120a that is insulated except for the tip is embedded, and a second block 130b in which a second thermocouple 120b that is insulated except for the tip is embedded. Is provided.

第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bは、先端210以外は、絶縁材220でコーティングされている。絶縁材220は、例えば、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、天然ゴム、ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、および、シリコーン合成樹脂からなる群から選択される絶縁材である。   The first thermocouple 120 a and the second thermocouple 120 b are coated with an insulating material 220 except for the tip 210. The insulating material 220 is an insulating material selected from the group consisting of polyethylene, polyvinyl chloride, natural rubber, polyester, epoxy resin, melamine resin, phenol resin, polyurethane resin, polyimide resin, and silicone synthetic resin, for example.

図1に模式的に示されるように、本発明の試料台100は、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bのそれぞれの先端(先端は絶縁されていない)が、試料110に接触するよう、第1のブロック130aと第2のブロック130bとにより試料110を挟持するよう構成されている。   As schematically shown in FIG. 1, in the sample stage 100 of the present invention, the tips (the tips are not insulated) of the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b are in contact with the sample 110. Thus, the sample 110 is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b.

さらに、図2に示すように、第1の熱電対120aと試料110とが接する領域以外の第1の熱電対120aと第1のブロック130aとの間の空間、ならびに、第2の熱電対120bと試料110とが接する領域以外の第2の熱電対120bと第2のブロック130bとの間の空間は、導電性を有する材料140で充填されている。   Further, as shown in FIG. 2, the space between the first thermocouple 120a and the first block 130a other than the region where the first thermocouple 120a and the sample 110 are in contact, and the second thermocouple 120b. The space between the second thermocouple 120b and the second block 130b other than the region where the sample 110 and the sample 110 are in contact with each other is filled with a conductive material 140.

このような構成により、第1の熱電対120a/第2の熱電対120bと、第1のブロック130a/第2のブロック130bとの間の隙間がなくなり一体化され得、測定に際し、第1の熱電対120a/第2の熱電対120bが試料110に接しさえすればよくなる。この結果、第1のブロック130a/第2のブロック130bの大きさを考慮することなく、任意の厚さおよび断面積を有する試料110を測定できる。   With such a configuration, the gap between the first thermocouple 120a / second thermocouple 120b and the first block 130a / second block 130b can be eliminated and integrated, and in the measurement, the first thermocouple 120a / second thermocouple 120b can be integrated. It is only necessary that the thermocouple 120a / second thermocouple 120b be in contact with the sample 110. As a result, the sample 110 having an arbitrary thickness and cross-sectional area can be measured without considering the size of the first block 130a / second block 130b.

さらに、このような構成により、図34で説明した従来技術による熱電特性評価装置1の第1の電極14を省略することができるので、電極の抵抗あるいは電極と試料との間の抵抗を単純化し、熱電特性を高精度に測定できる。   Further, with such a configuration, the first electrode 14 of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 1 according to the conventional technique described with reference to FIG. 34 can be omitted, so that the resistance of the electrode or the resistance between the electrode and the sample is simplified. The thermoelectric characteristics can be measured with high accuracy.

より好ましくは、材料140は、室温における絶対ゼーベック係数の絶対値が0μV/K以上20μV/K以下を満たす。この範囲であれば、ゼーベック係数200μV/K以上を示す優れた熱電材料を測定する際、試料台に試料と同等の温度差が生じ、測定時のエラーとして測定されたとしても測定誤差を10%以下に抑えることができる。材料140の絶対ゼーベック係数の絶対値が20μV/Kを超えると、試料台に試料以上の温度差が生じ、試料台のゼーベック係数が測定時のエラーとして測定されたとき、高精度な測定ができない可能性がある。試料台のゼーベック係数が測定時のエラーとして測定される条件としては、熱電対が試料台内部でショートした場合があげられる。なお、本明細書における室温とは、20℃以上25℃以下の温度範囲である。   More preferably, the material 140 satisfies the absolute value of the absolute Seebeck coefficient at room temperature of 0 μV / K or more and 20 μV / K or less. Within this range, when measuring an excellent thermoelectric material having a Seebeck coefficient of 200 μV / K or more, a temperature difference equivalent to that of the sample is generated on the sample stage, and even if the measurement error is measured, the measurement error is 10%. The following can be suppressed. If the absolute value of the absolute Seebeck coefficient of the material 140 exceeds 20 μV / K, a temperature difference greater than that of the sample occurs on the sample stage, and high-precision measurement cannot be performed when the Seebeck coefficient of the sample stage is measured as an error during measurement. there is a possibility. As a condition for measuring the Seebeck coefficient of the sample stage as an error in measurement, there is a case where the thermocouple is short-circuited inside the sample stage. In addition, the room temperature in this specification is a temperature range of 20 ° C. or more and 25 ° C. or less.

さらに好ましくは、材料140は、室温における絶対ゼーベック係数の絶対値が0μV/K以上3μV/K以下を満たす。この範囲であれば、試料台に試料と同等の温度差が生じ、測定時のエラーとして測定されたとしても試料台による測定誤差は1.5%以下に抑えることができる。   More preferably, the material 140 satisfies the absolute value of the absolute Seebeck coefficient at room temperature of 0 μV / K or more and 3 μV / K or less. Within this range, a temperature difference equivalent to that of the sample occurs on the sample stage, and the measurement error due to the sample stage can be suppressed to 1.5% or less even if the measurement error is measured.

このような材料140は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される。これらの材料は、いずれも上述の所定の絶対ゼーベック係数の絶対値を有しているため、好ましい。中でも、材料140は、取扱いの簡便さから、Auからなるペーストが好ましい。なお、合金としては、例えば、ニクロム、白金ロジウム合金、ステンレス等がある。これらは、上記絶対ゼーベック係数の絶対値を満たす。   Such a material 140 includes Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and at least these It is selected from the group consisting of alloys containing either. All of these materials are preferable because they have the absolute value of the predetermined absolute Seebeck coefficient described above. Among them, the material 140 is preferably a paste made of Au because of easy handling. Examples of the alloy include nichrome, platinum rhodium alloy, and stainless steel. These satisfy the absolute value of the absolute Seebeck coefficient.

あるいは、このような材料140は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物であってもよい。   Alternatively, such material 140 is from the group consisting of Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W and Zn. It may be an intermetallic compound containing at least one selected metal.

第1の熱電対120aは、第1のブロック130aの平面方向の端部から外部へ出て、電圧計(図1では、「V」で示す)に接続されている。同様に、第2の熱電対120bは、第2のブロック130bの平面方向の端部から外部へ出て、電圧計に接続されている。このような構成により、試料110に上下から均一に圧力をかけることができる。この結果、例えば、第1のブロック130a/第2の2ブロック130bと試料110との間の、試料110セッティングごとの接触抵抗の変化が低減し、熱電特性を高精度に評価できる。   The first thermocouple 120a exits from the planar end of the first block 130a and is connected to a voltmeter (indicated as “V” in FIG. 1). Similarly, the second thermocouple 120b exits from the planar end of the second block 130b and is connected to a voltmeter. With such a configuration, the sample 110 can be uniformly pressurized from above and below. As a result, for example, a change in contact resistance between the first block 130a / second two block 130b and the sample 110 for each setting of the sample 110 is reduced, and the thermoelectric characteristics can be evaluated with high accuracy.

第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、導電性を有しており、熱を通す材料から構成される。好ましくは、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなる。熱伝導率がこの値を満たせば、例えば、本発明の試料台に後述する温度勾配を形成する場合であっても、効率的に温度勾配を形成するだけでなく、高精度な測定を達成できる。なお、上限は特に制限はない。   The first block 130a and the second block 130b have conductivity and are made of a material that allows heat to pass. Preferably, the first block 130a and the second block 130b are made of a heat conductive material having a heat conductivity at room temperature of 65 W / (m · K) or more. If the thermal conductivity satisfies this value, for example, even when the temperature gradient described later is formed on the sample stage of the present invention, not only the temperature gradient can be efficiently formed, but also highly accurate measurement can be achieved. . The upper limit is not particularly limited.

第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、より好ましくは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される。これらの材料は、いずれも、上述の熱伝導率を満たしており、入手が容易である。中でも、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、加工や取扱いの簡便さから、好ましくは、Cuで構成される。上述したように、合金としては、例えば、ニクロム、白金ロジウム合金、ステンレス等がある。これらは、上記熱伝導率を満たす。参考のため、これらの材料の熱伝導率の一覧を表1に示す。   More preferably, the first block 130a and the second block 130b are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti. , W, Zn, and an alloy containing at least any one of them. All of these materials satisfy the above-described thermal conductivity and are easily available. Among these, the first block 130a and the second block 130b are preferably made of Cu from the viewpoint of simplicity of processing and handling. As described above, examples of the alloy include nichrome, platinum rhodium alloy, and stainless steel. These satisfy the thermal conductivity. For reference, Table 1 shows a list of thermal conductivity of these materials.

あるいは、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、より好ましくは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物から構成されてもよい。   Alternatively, the first block 130a and the second block 130b are more preferably Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su. , Ti, W and Zn may be used to form an intermetallic compound containing a metal selected from at least one selected from the group consisting of Ti, W and Zn.

本発明の試料台100は、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bで試料110を挟持するように構成されているが、少なくとも試料110と第1の熱電対120aとが接する試料110の領域には、電極150aが、少なくとも試料110と第2の熱電対120bとが接する試料110の領域には、電極150bが付与されている。これにより、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bは、それぞれ、電極150aおよび150bと接触する。   The sample stage 100 of the present invention is configured to sandwich the sample 110 between the first block 130a and the second block 130b, but at least the region of the sample 110 where the sample 110 and the first thermocouple 120a are in contact with each other. In addition, the electrode 150b is applied to at least the region of the sample 110 where the sample 110 and the second thermocouple 120b are in contact with each other. Thereby, the 1st thermocouple 120a and the 2nd thermocouple 120b contact the electrodes 150a and 150b, respectively.

電極150aおよび150bは、好ましくは、物理的気相成長法または化学的気相成長法により蒸着される。これにより、電極150a/150bと試料110との間の接触抵抗、ならびに、電極150a/150bと第1のブロック130a/第2のブロック130bとの間の接触抵抗を低減することができる。より好ましくは、電極の厚さは、400nm以上である。これにより、電極150a/150bの電気伝導度が安定となるので、高精度な測定が可能になる。さらに好ましくは、電極150aおよび150bは、付与された金属に加えて金属ペーストが塗布されていてもよい。これにより、電極150a/150bと試料110との間の接触抵抗、ならびに、電極150a/150bと第1のブロック130a/第2のブロック130bとの間の接触抵抗をさらに低減できる。   The electrodes 150a and 150b are preferably deposited by physical vapor deposition or chemical vapor deposition. Thereby, the contact resistance between the electrode 150a / 150b and the sample 110 and the contact resistance between the electrode 150a / 150b and the first block 130a / second block 130b can be reduced. More preferably, the thickness of the electrode is 400 nm or more. As a result, the electric conductivity of the electrodes 150a / 150b is stabilized, so that highly accurate measurement is possible. More preferably, the electrodes 150a and 150b may be coated with a metal paste in addition to the applied metal. Thereby, the contact resistance between the electrode 150a / 150b and the sample 110 and the contact resistance between the electrode 150a / 150b and the first block 130a / second block 130b can be further reduced.

このような電極150a/150bの材料は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される。これらの材料は、いずれも、上述の熱伝導率を満たしており、入手が容易である。上述したように、合金としては、例えば、ニクロム、白金ロジウム合金、ステンレス等がある。   The materials of such electrodes 150a / 150b are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and , At least one of these is selected from the group consisting of alloys. All of these materials satisfy the above-described thermal conductivity and are easily available. As described above, examples of the alloy include nichrome, platinum rhodium alloy, and stainless steel.

このような試料台100は外部ヒータあるいは外部ヒータを備えた容器に収容されてもよい。これにより、測定されるべき試料の測定温度を一定にするとともに、熱損失が最小化されるので、高精度に熱電特性を評価できる。   Such a sample stage 100 may be accommodated in an external heater or a container provided with an external heater. As a result, the measurement temperature of the sample to be measured is made constant and the heat loss is minimized, so that the thermoelectric characteristics can be evaluated with high accuracy.

このような試料台100は、ガス置換可能であり、ガス圧を制御可能な容器(チャンバ)に収容してもよい。これにより、後述する大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気中または湿潤ガス雰囲気中のいずれかの雰囲気下での測定を可能にする。例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   Such a sample stage 100 can be replaced with gas, and may be housed in a container (chamber) capable of controlling the gas pressure. As a result, the measurement can be performed in the atmosphere, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere described later. For example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, it is preferable to use an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure because the heat flow is stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

当然ながら、外部ヒータおよびガス圧制御の両方を同時に用いてもよく、試料台110が、外部ヒータを備え、ガス置換可能な容器に収容されてもよい。   Of course, both the external heater and the gas pressure control may be used simultaneously, and the sample stage 110 may be provided with an external heater and housed in a gas replaceable container.

なお、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bは、異なる材料から構成されてもよいが、後述の計算が簡略化されるため、好ましくは同一の材料から構成される。同様の理由から、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bもまた、好ましくは、同一の材料から構成され、電極150a/150bもまた、好ましくは、同一の材料からなる。以降では簡単のため、それぞれ、同一の材料から構成されるものとして説明する。   The first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b may be made of different materials, but are preferably made of the same material in order to simplify the calculation described later. For the same reason, the first block 130a and the second block 130b are also preferably made of the same material, and the electrodes 150a / 150b are also preferably made of the same material. In the following, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that each is composed of the same material.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1で説明した試料台を用いた熱電特性評価装置、および、それを用いた試料の熱電特性を評価する方法について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a thermoelectric property evaluation apparatus using the sample stage described in the first embodiment and a method for evaluating the thermoelectric property of a sample using the same will be described.

図3は、本発明の熱電特性評価装置の模式図である。
図4は、本発明の熱電特性評価装置に接続する開閉器の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram of a switch connected to the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.

本発明の熱電特性評価装置300は、試料110を挟持する試料台100と、試料110に温度勾配を形成する温度勾配手段310a、310bと、試料110間の電位差を測定する電圧計320とを備える。試料台100は、実施の形態1で説明した試料台100と同一であるため、説明を省略する。電圧計320は、試料台100の第1のブロック130aの平面方向の端部から外部へ出た第1の熱電対120aと、第2のブロック130bの平面方向の端部から外部へ出た第2の熱電対120bとに接続されている。本発明の熱電特性評価装置300を用いれば、試料110の温度差および電位差を測定できるので、試料110のゼーベック係数、熱起電力および開回路電圧を測定できる。   The thermoelectric property evaluation apparatus 300 of the present invention includes a sample stage 100 that holds a sample 110, temperature gradient means 310a and 310b that form a temperature gradient in the sample 110, and a voltmeter 320 that measures a potential difference between the samples 110. . Since the sample stage 100 is the same as the sample stage 100 described in the first embodiment, the description thereof is omitted. The voltmeter 320 includes a first thermocouple 120a that exits from the end in the planar direction of the first block 130a of the sample stage 100 and a first thermocouple 120a that exits from the end in the planar direction of the second block 130b. 2 thermocouples 120b. Since the temperature difference and potential difference of the sample 110 can be measured by using the thermoelectric property evaluation apparatus 300 of the present invention, the Seebeck coefficient, the thermoelectromotive force, and the open circuit voltage of the sample 110 can be measured.

温度勾配手段310a、310bは、好ましくは、加熱装置および冷却装置を備える。温度勾配手段310aは、第1のブロック130aの試料110と接する側と対向する側に設けられた加熱装置であり、温度勾配手段310bは、第2のブロック130bの試料110と接する側と対向する側に設けられた冷却装置である。あるいは、加熱装置および冷却装置の組み合わせは、逆であってもよい。このような加熱装置と冷却装置との組み合わせにより、試料110間に温度勾配が形成される。加熱装置は、具体的には、抵抗加熱による電気ヒータ、ペルチェヒータ等である。冷却装置は、具体的には、空冷、水冷、ペルチェヒータ等である。加熱装置および冷却装置の例示的な組み合わせとして、ペルチェヒータ/クーラが挙げられる。   The temperature gradient means 310a, 310b preferably includes a heating device and a cooling device. The temperature gradient means 310a is a heating device provided on the side of the first block 130a that faces the sample 110, and the temperature gradient means 310b faces the side of the second block 130b that contacts the sample 110. It is the cooling device provided in the side. Alternatively, the combination of the heating device and the cooling device may be reversed. A temperature gradient is formed between the samples 110 by such a combination of the heating device and the cooling device. Specifically, the heating device is an electric heater by resistance heating, a Peltier heater, or the like. Specifically, the cooling device is air cooling, water cooling, Peltier heater or the like. An exemplary combination of heating and cooling devices includes a Peltier heater / cooler.

図4に示すように、本発明の熱電特性評価装置300は、試料110および電圧計320からなる電圧測定回路の開閉を行う開閉器410をさらに備える。詳細には、開閉器410は、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを0℃に保持するゼロ接点420と、セレクタスイッチ430とを備える。これにより、雰囲気による誤差および測定器の個体差による誤差をなくすことができるので、好ましい。   As shown in FIG. 4, the thermoelectric property evaluation apparatus 300 of the present invention further includes a switch 410 that opens and closes a voltage measurement circuit including a sample 110 and a voltmeter 320. Specifically, the switch 410 includes a zero contact 420 that holds the first thermocouple 120 a and the second thermocouple 120 b at 0 ° C., and a selector switch 430. This is preferable because errors due to the atmosphere and errors due to individual differences of measuring instruments can be eliminated.

本発明の熱電特性評価装置300を外部ヒータに収容してもよい。これにより、測定されるべき試料の測定温度を一定にし、より高精度に熱電特性を評価できる。あるいは、本発明の熱電特性評価装置300をガス置換可能であり、ガス圧を制御可能な容器(チャンバ)に収容し、所定の雰囲気下で測定してもよい。所定の雰囲気下は、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気中または湿潤ガス雰囲気中のいずれかである。例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   The thermoelectric property evaluation apparatus 300 of the present invention may be housed in an external heater. Thereby, the measurement temperature of the sample to be measured can be made constant, and the thermoelectric characteristics can be evaluated with higher accuracy. Alternatively, the thermoelectric property evaluation apparatus 300 of the present invention may be housed in a container (chamber) that can replace the gas and control the gas pressure, and measure in a predetermined atmosphere. The predetermined atmosphere is any of air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere, or wet gas atmosphere. For example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, it is preferable to use an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure because the heat flow is stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

当然ながら、外部ヒータおよびガス圧制御の両方を同時に用いてもよく、熱電特性評価装置300が、外部ヒータを備え、ガス置換可能な容器に収容されてもよい。   Of course, both the external heater and the gas pressure control may be used simultaneously, and the thermoelectric property evaluation apparatus 300 may include an external heater and be housed in a gas replaceable container.

次に、本発明の試料台を用いた熱電特性評価装置と、従来技術による熱電特性評価装置との差異を、等価回路を用いて説明する。   Next, the difference between the thermoelectric characteristic evaluation apparatus using the sample stage of the present invention and the thermoelectric characteristic evaluation apparatus according to the prior art will be described using an equivalent circuit.

図5は、図3に示す本発明の熱電特性評価装置および従来技術の熱電特性評価装置の等価回路を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of the present invention and the conventional thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG.

図5(A)は、図3に示す本発明の熱電特性評価装置において、電源に接続した状態の等価回路を示し、図5(B)は、図34に示す従来技術の熱電特性評価装置の等価回路を示す。   5A shows an equivalent circuit connected to a power source in the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of the present invention shown in FIG. 3, and FIG. 5B shows the conventional thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG. An equivalent circuit is shown.

図5(A)と図5(B)とを比較すると、図5(A)の等価回路には、少なくとも、図5(B)に示す電極14(図34)の抵抗(R電極14)、および、電極14と電極15(図34)との間の接触抵抗(R電極14/電極15)がないことが分かる。すなわち、本発明の試料台100を用いれば、図34の電極14に相当する電極を不要とするので、関連する抵抗(電極自身の抵抗および電極の接触抵抗)が発生せず、等価回路が単純化され、熱電特性を高精度に測定できる。 Comparing FIG. 5A and FIG. 5B, the equivalent circuit of FIG. 5A includes at least the resistance (R electrode 14 ) of the electrode 14 (FIG. 34) shown in FIG. And it turns out that there is no contact resistance (R electrode 14 / electrode 15 ) between the electrode 14 and the electrode 15 (FIG. 34). In other words, if the sample stage 100 of the present invention is used, an electrode corresponding to the electrode 14 in FIG. The thermoelectric characteristics can be measured with high accuracy.

次に、本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置(図3)を用いて、試料の熱電特性として絶対ゼーベック係数を評価する方法を説明する。
図6は、本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として絶対ゼーベック係数を評価するフローチャートである。
Next, a method for evaluating an absolute Seebeck coefficient as a thermoelectric characteristic of a sample using a thermoelectric characteristic evaluation apparatus (FIG. 3) provided with the sample stage of the present invention will be described.
FIG. 6 is a flowchart for evaluating an absolute Seebeck coefficient as a thermoelectric characteristic of a sample using the sample stage of the present invention.

ステップS610:電極が付与された試料110を第1のブロック130aと第2のブロック130bとで挟持し、試料110に温度勾配を形成する。温度勾配は、図3に示す温度勾配手段310a、310bによって形成される。   Step S610: The sample 110 provided with an electrode is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b, and a temperature gradient is formed on the sample 110. The temperature gradient is formed by the temperature gradient means 310a and 310b shown in FIG.

ステップS620:ステップS610で形成された温度勾配によって発生する試料110間の電位差および温度差を測定する。ここで、温度差は、図3に示す第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bによって測定され、電位差は、図3に示す電圧計320で測定される。なお、ここで測定される電位差が熱起電力である。   Step S620: A potential difference and a temperature difference between the samples 110 generated by the temperature gradient formed in Step S610 are measured. Here, the temperature difference is measured by the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b shown in FIG. 3, and the potential difference is measured by the voltmeter 320 shown in FIG. The potential difference measured here is the thermoelectromotive force.

ステップS630:ステップS610およびステップS620を異なる温度勾配に対して繰り返す。これにより、試料110間の温度差の変化および電位差の変化を求めることができる。   Step S630: Steps S610 and S620 are repeated for different temperature gradients. Thereby, the change of the temperature difference between the samples 110 and the change of the potential difference can be obtained.

ステップS640:ステップS630で得られた温度差の変化および電位差の変化を用いて、絶対ゼーベック係数を算出する。絶対ゼーベック係数の算出は次式で求められる。
S=∇E/∇T+S熱電対
ここで、S(μV/K)は、絶対ゼーベック係数であり、∇T(K)および∇E(μV)は、ステップS630で得られた試料110間の温度差の変化および電位差の変化であり、S熱電対(μV/K)は、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを構成する材料の絶対ゼーベック係数である。なお、∇E/∇Tは、試料110の相対ゼーベック係数である。
Step S640: The absolute Seebeck coefficient is calculated using the change in temperature difference and the change in potential difference obtained in step S630. The absolute Seebeck coefficient is calculated by the following equation.
S = ∇E / ∇T + S thermocouple
Here, S (μV / K) is an absolute Seebeck coefficient, and ∇T (K) and ∇E (μV) are changes in temperature difference and potential difference between the samples 110 obtained in step S630. , S thermocouple (μV / K) is an absolute Seebeck coefficient of the material constituting the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b. Note that ∇E / ∇T is the relative Seebeck coefficient of the sample 110.

ここで、図5を再度参照し、上述の絶対ゼーベック係数を算出する式を導く。電位差Eは、ゼーベック係数および温度差を用いて、次式で表すことができる。
E=S120aΔT120a−V+S150aΔT120a−150a+S110ΔT150a−150b+S150bΔT120b−150b+S120bΔT120b−V
=S120aΔT120a−V+S110ΔT150a−150b+S120bΔT120b−V
=S120aΔT150a−150b+S110ΔT150a−150b
120a:第1の熱電対120aを構成する材料のゼーベック係数
120b:第2の熱電対120bを構成する材料のゼーベック係数であり、S120a=S120bを満たす
150a:電極150aを構成する材料のゼーベック係数
150b:電極150bを構成する材料のゼーベック係数であり、S150a=S150bを満たす
110:試料110を構成する材料のゼーベック係数
ΔT120a−V:第1の熱電対120aと電圧計との間の温度差
ΔT120b−V:第2の熱電対120bと電圧計との間の温度差
ΔT120a−V+ΔT120b−V=ΔT150a−150b
ΔT120a−150a:第1の熱電対120aと電極150aとの間の温度差(第1の熱電対120aと電極150aとの間の温度差はないので、0である)
ΔT120b−150b:第2の熱電対120bと電極150bとの間の温度差(第2の熱電対120bと電極150bとの間の温度差はないので、0である)
ΔT150a−150b:電極150aと電極150bとの間の温度差(試料110の温度差に同じ)
Here, referring to FIG. 5 again, an equation for calculating the absolute Seebeck coefficient described above is derived. The potential difference E can be expressed by the following equation using the Seebeck coefficient and the temperature difference.
E = S 120a ΔT 120a-V + S 150a ΔT 120a-150a + S 110 ΔT 150a-150b + S 150b ΔT 120b-150b + S 120b ΔT 120b-V
= S 120a ΔT 120a-V + S 110 ΔT 150a-150b + S 120b ΔT 120b-V
= S 120a ΔT 150a-150b + S 110 ΔT 150a-150b
S 120a : Seebeck coefficient of the material constituting the first thermocouple 120a S 120b : Seebeck coefficient of the material constituting the second thermocouple 120b and satisfying S 120a = S 120b S 150a : constituting the electrode 150a Seebeck coefficient of material S 150b : Seebeck coefficient of material constituting electrode 150b, and satisfying S 150a = S 150b S 110 : Seebeck coefficient of material constituting sample 110 ΔT 120a-V : First thermocouple 120a Temperature difference between the voltmeter ΔT 120b-V : Temperature difference between the second thermocouple 120b and the voltmeter ΔT 120a-V + ΔT 120b-V = ΔT 150a-150b
ΔT 120a-150a : temperature difference between the first thermocouple 120a and the electrode 150a (it is 0 because there is no temperature difference between the first thermocouple 120a and the electrode 150a)
ΔT 120b-150b : temperature difference between the second thermocouple 120b and the electrode 150b (there is no temperature difference between the second thermocouple 120b and the electrode 150b, which is 0)
ΔT 150a-150b : temperature difference between electrode 150a and electrode 150b (same as temperature difference of sample 110)

試料110の相対ゼーベック係数S’110は、S’110=∇E/∇T(∇Eは、試料110間の電位差の変化であり、∇Tは試料110間の温度差の変化である)であるので、上式は次のようになる。
110=S’110+S120a=∇E/∇T+S熱電対
このように、本発明の試料台100を用いれば、試料110間の温度差および電位差の変化を求めるだけで、試料110の絶対ゼーベック係数を簡単かつ高精度に求めることができる。
The relative Seebeck coefficient S ′ 110 of the sample 110 is S ′ 110 = ∇E / ∇T (∇E is a change in potential difference between the samples 110, and ∇T is a change in temperature difference between the samples 110). Because there is, the above formula becomes as follows.
S 110 = S ′ 110 + S 120a = ∇E / ∇T + S thermocouple
As described above, when the sample stage 100 of the present invention is used, the absolute Seebeck coefficient of the sample 110 can be easily and highly accurately obtained only by obtaining changes in the temperature difference and potential difference between the samples 110.

なお、ステップS610およびステップS620を大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行ってもよい。試料の、大気中安定性、酸素分圧依存性、湿度依存性を測定が可能となるため、好ましい。例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   Note that step S610 and step S620 may be performed in the air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere. This is preferable because the sample can be measured for atmospheric stability, oxygen partial pressure dependency, and humidity dependency. For example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, it is preferable to use an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure because the heat flow is stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

次に、本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置(図3)を用いて、試料の熱電特性として開回路電圧を評価する方法を説明する。   Next, a method for evaluating an open circuit voltage as a thermoelectric characteristic of a sample using a thermoelectric characteristic evaluation apparatus (FIG. 3) provided with the sample stage of the present invention will be described.

図7は、本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として開回路電圧を評価するフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart for evaluating an open circuit voltage as a thermoelectric characteristic of a sample using the sample stage of the present invention.

ステップS710:図6のステップS610〜ステップS640までを異なる温度に対して少なくとも2以上繰り返す。ステップS610〜ステップS640については、上述したとおりであるため、説明を省略する。   Step S710: Steps S610 to S640 in FIG. 6 are repeated at least two times for different temperatures. Steps S610 to S640 are the same as described above, and a description thereof will be omitted.

ステップS720:ステップS710で得られた絶対ゼーベック係数を温度に対してプロットし、フィッティングする。フィッティングには、Kaleida Graphなどのソフトウェアを格納した中央演算処理装置を用いてもよい。   Step S720: The absolute Seebeck coefficient obtained in step S710 is plotted against the temperature and fitted. For the fitting, a central processing unit storing software such as Kaleida Graph may be used.

ステップS730:ステップS720で得られたフィッティングの式を、測定された温度範囲について定積分し、開回路電圧を算出する。   Step S730: The fitting equation obtained in step S720 is definitely integrated over the measured temperature range to calculate an open circuit voltage.

本願発明者らは、このようにして算出された開回路電圧は、熱電材料の性能指数である無次元性能指数ZT(=SσT/k;Sはゼーベック係数であり、σは導電率であり、Tは絶対温度であり、kは熱伝導率である)に基づく熱電特性の温度依存性がないとして近似した評価よりも精度がよいことを見出した。 The inventors of the present application calculated the open circuit voltage calculated in this way as a dimensionless figure of merit ZT (= S 2 σT / k; S is the Seebeck coefficient, and σ is the conductivity. And T is an absolute temperature and k is a thermal conductivity), and it was found that the accuracy is better than the approximate evaluation assuming that there is no temperature dependence of thermoelectric characteristics.

図示しないが、測定された温度差、電位差等をメモリに格納し、中央演算処理装置において、絶対ゼーベック係数および開回路電圧を算出するように構成されていてもよい。   Although not shown, the measured temperature difference, potential difference and the like may be stored in a memory, and the absolute Seebeck coefficient and the open circuit voltage may be calculated in the central processing unit.

(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態1で説明した試料台を用いた別の熱電特性評価装置、および、それを用いた試料の熱電特性を評価する方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, another thermoelectric characteristic evaluation apparatus using the sample stage described in the first embodiment and a method for evaluating the thermoelectric characteristic of a sample using the same will be described.

図8は、本発明の熱電特性評価装置の模式図である。   FIG. 8 is a schematic diagram of the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.

本発明の熱電特性評価装置800は、試料110を挟持する試料台100と、試料110間の電位差を測定する電圧計320と、試料110に電流を印加する電源810とを備える。試料台100は、実施の形態1で説明した試料台100と同一であるため、説明を省略する。   The thermoelectric property evaluation apparatus 800 of the present invention includes a sample stage 100 that holds a sample 110, a voltmeter 320 that measures a potential difference between the samples 110, and a power source 810 that applies a current to the sample 110. Since the sample stage 100 is the same as the sample stage 100 described in the first embodiment, the description thereof is omitted.

電圧計320は、試料台100の第1のブロック130aの平面方向の端部から外部へ出た第1の熱電対120aと、第2のブロック130bの平面方向の端部から外部へ出た第2の熱電対120bとに接続されている。   The voltmeter 320 includes a first thermocouple 120a that exits from the end in the planar direction of the first block 130a of the sample stage 100 and a first thermocouple 120a that exits from the end in the planar direction of the second block 130b. 2 thermocouples 120b.

電源810は、試料台100の第1のブロック130aおよび第2のブロック130bにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子820a、820bを介して接続される。このような構成により、装置全体が小型化できる。例示的な導線は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される。これらの材料は、いずれも上述の所定の絶対ゼーベック係数の絶対値を有しているため、好ましい。なお、合金としては、例えば、ニクロム、白金ロジウム合金、ステンレス等がある。   The power source 810 is connected via current terminals 820a and 820b made of conductive wires wound around the first block 130a and the second block 130b of the sample stage 100, respectively. With this configuration, the entire apparatus can be reduced in size. Exemplary conductors are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and at least any of these It is selected from the group consisting of alloys containing All of these materials are preferable because they have the absolute value of the predetermined absolute Seebeck coefficient described above. Examples of the alloy include nichrome, platinum rhodium alloy, and stainless steel.

本発明の熱電特性評価装置800では、電源810が第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bに直接接続されていないので、試料110全体に均一に電流を流すことができるので、従来の2端子法による熱電特性評価装置と比較して、高精度に熱電特性を評価できる。   In the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 800 of the present invention, since the power source 810 is not directly connected to the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b, it is possible to flow a current uniformly over the entire sample 110. Compared with a two-terminal thermoelectric characteristic evaluation apparatus, thermoelectric characteristics can be evaluated with high accuracy.

図9は、本発明の別の熱電特性評価装置の模式図である。   FIG. 9 is a schematic diagram of another thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.

本発明の別の熱電特性評価装置900は、図8の熱電特性評価装置800と試料110に電流を印加する電源810の接続様態が異なる以外は同じである。詳細には、電源810は、第1のブロック130aの試料110と接する側と対向する側、および、第2のブロック130bの試料110と接する側と対向する側にそれぞれ設置された電流端子910a、910bを介して接続される。   Another thermoelectric property evaluation apparatus 900 of the present invention is the same except that the connection state of the power supply 810 that applies current to the sample 110 is different from that of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 800 of FIG. Specifically, the power source 810 includes current terminals 910a installed on the side facing the sample 110 of the first block 130a and the side facing the sample 110 of the second block 130b, respectively. Connected via 910b.

好ましくは、電流端子910a、910bは、導線が巻き付けられたブロック920a、920bからなる。このような構成により、電源810を後付できるので装置の組み立てが容易である。なお、これらブロック920a、920bは、好ましくは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなる。これにより、熱抵抗を抑え試料へ熱を効率的に伝えることができるので、熱電特性を高精度に測定できる。なお、上限は特に制限はない。ブロック920a、920bは、例えば、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bと同様の材料から構成され得る。   Preferably, the current terminals 910a and 910b are composed of blocks 920a and 920b around which conductive wires are wound. With such a configuration, since the power source 810 can be retrofitted, the assembly of the apparatus is easy. The blocks 920a and 920b are preferably made of a heat conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature. Thereby, since heat resistance can be suppressed and heat can be efficiently transmitted to the sample, thermoelectric characteristics can be measured with high accuracy. The upper limit is not particularly limited. The blocks 920a and 920b can be made of the same material as the first block 130a and the second block 130b, for example.

本発明の熱電特性評価装置900では、熱電特性評価装置800と同様に、電源810が第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bに直接接続されていないので、試料110全体に均一に電流を流すことができるので、従来の2端子法による熱電特性評価装置と比較して、高精度に熱電特性を評価できる。   In the thermoelectric property evaluation apparatus 900 of the present invention, as with the thermoelectric characteristic evaluation device 800, the power source 810 is not directly connected to the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b, so that the current is uniformly supplied to the entire sample 110. Therefore, the thermoelectric characteristics can be evaluated with higher accuracy than the conventional two-terminal thermoelectric characteristic evaluation apparatus.

熱電特性評価装置300と同様に、本発明の熱電特性評価装置800、900を外部ヒータに収容してもよい。これにより、測定されるべき試料の測定温度を一定にし、より高精度に熱電特性を評価できる。あるいは、本発明の熱電特性評価装置800、900をガス置換可能であり、ガス圧を制御可能な容器に収容し、所定の雰囲気下で測定してもよい。所定の雰囲気は、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気中、または、湿潤ガス雰囲気中のいずれかである。例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   Similarly to the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 300, the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 800 and 900 of the present invention may be accommodated in an external heater. Thereby, the measurement temperature of the sample to be measured can be made constant, and the thermoelectric characteristics can be evaluated with higher accuracy. Alternatively, the thermoelectric property evaluation apparatuses 800 and 900 of the present invention may be gas-replaced and housed in a container whose gas pressure can be controlled, and measurement may be performed in a predetermined atmosphere. The predetermined atmosphere is any of air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere, or wet gas atmosphere. For example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, it is preferable to use an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure because the heat flow is stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

このような本発明の熱電特性評価装置800、900を用いれば、試料110に所定の電流を印加した際の電位差を測定できるので、試料110の内部抵抗および電気伝導度を算出できる。   By using such thermoelectric property evaluation apparatuses 800 and 900 of the present invention, the potential difference when a predetermined current is applied to the sample 110 can be measured, so that the internal resistance and electrical conductivity of the sample 110 can be calculated.

次に、本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置(図8、図9)を用いて、試料の熱電特性として内部抵抗および電気伝導度を評価する方法を説明する。
図10は、本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として内部抵抗および電気伝導度を評価するフローチャートである。
Next, a method for evaluating internal resistance and electrical conductivity as thermoelectric characteristics of a sample using a thermoelectric characteristic evaluation apparatus (FIGS. 8 and 9) provided with the sample stage of the present invention will be described.
FIG. 10 is a flowchart for evaluating internal resistance and electrical conductivity as thermoelectric characteristics of a sample using the sample stage of the present invention.

ステップS1010:電極が付与された試料110を第1のブロック130aと第2のブロック130bとで挟持し、試料110に電流を印加する。電流の印加は、図8、図9に示す電源810によって行われる。   Step S1010: The sample 110 provided with an electrode is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b, and a current is applied to the sample 110. The application of current is performed by a power source 810 shown in FIGS.

ステップS1020:電流が印加された試料110間の電位差を測定する。電位差は、図8、図9に示す電圧計320で測定される。   Step S1020: The potential difference between the samples 110 to which current is applied is measured. The potential difference is measured by a voltmeter 320 shown in FIGS.

ステップS1030:ステップS1010およびステップS1020を繰り返す。このとき、ステップS1010とは異なる大きさの電流を印加する。   Step S1030: Steps S1010 and S1020 are repeated. At this time, a current having a magnitude different from that in step S1010 is applied.

ステップS1040:ステップS1030で得られた電流値の変化および電位差の変化とから試料110の内部抵抗を算出する。内部抵抗は、次式にしたがって算出される。
R=∇V/∇I
ここで、Rは、試料110の内部抵抗であり、∇I(A)は、ステップS101030で得られた電流値の変化であり、∇Vは、ステップS1030で得られた測定された試料110間の電位差の変化である。
Step S1040: The internal resistance of the sample 110 is calculated from the change in current value and the change in potential difference obtained in step S1030. The internal resistance is calculated according to the following formula.
R = ∇V / ∇I
Here, R is the internal resistance of the sample 110, ∇I (A) is the change in the current value obtained in step S101030, and ∇V is the distance between the measured samples 110 obtained in step S1030. This is a change in the potential difference.

このように、本発明の試料台100を用いれば、試料110に電流を印加し、その際の電位差が容易に測定されるので、試料110の内部抵抗を簡単かつ高精度に求めることができる。なお、ステップS1010およびステップS1020を大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行ってもよい。試料の、大気中安定性、酸素分圧依存性、湿度依存性を測定が可能となるため、好ましい。詳細には、例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   As described above, when the sample stage 100 of the present invention is used, a current is applied to the sample 110, and the potential difference at that time is easily measured. Therefore, the internal resistance of the sample 110 can be obtained easily and with high accuracy. Note that step S1010 and step S1020 may be performed in the air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere, or wet gas atmosphere. This is preferable because the sample can be measured for atmospheric stability, oxygen partial pressure dependency, and humidity dependency. Specifically, for example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, the heat flow can be stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state by using an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure. This is preferable because it is possible. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

ステップS1050:ステップS1040で得られた試料110の内部抵抗を用いて、試料110の電気伝導度を算出する。電気伝導度の算出は次式で求められる。
σ=L/{(R−R接触抵抗)A}
ここで、σ(S/cm)は、試料110の電気伝導度であり、L(cm)は、試料110の長さであり、A(cm)は、試料110の断面積であり、R(Ω)は、ステップS1040で求めた試料110の内部抵抗であり、R接触抵抗(Ω)は、試料110と電極150a、150bとの間の抵抗値、電極150a、150bを構成する材料の抵抗値、電極150aと第1の熱電対120aとの間の抵抗値、電極150bと第2の熱電対120bとの間の抵抗値、ならびに、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを構成する材料の抵抗値の合計である。
Step S1050: The electrical conductivity of the sample 110 is calculated using the internal resistance of the sample 110 obtained in step S1040. Calculation of electric conductivity is calculated | required by following Formula.
σ = L / {(RR contact resistance ) A}
Here, σ (S / cm) is the electrical conductivity of the sample 110, L (cm) is the length of the sample 110, A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample 110, and R (Ω) is the internal resistance of the sample 110 obtained in step S1040, R contact resistance (Ω) is the resistance value between the sample 110 and the electrodes 150a and 150b, and the resistance of the material constituting the electrodes 150a and 150b. Value, the resistance value between the electrode 150a and the first thermocouple 120a, the resistance value between the electrode 150b and the second thermocouple 120b, and the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b. This is the total resistance value of the constituent materials.

本発明の試料台100を用いれば、R接触抵抗が分かれば、LおよびAは固定値であるため、容易に電気伝導度を求めることができる。R接触抵抗は、試料110の長さ(試料の断面積は一定とする)に対する抵抗値の変化をプロットした際の、試料の長さが0の場合の抵抗値に相当する。このようなR接触抵抗の算出方法を、本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置(図8、図9)を用いて、説明する。 When the sample stage 100 of the present invention is used, if the R contact resistance is known, L and A are fixed values, so that the electrical conductivity can be easily obtained. The R contact resistance corresponds to the resistance value when the sample length is zero when the change of the resistance value with respect to the length of the sample 110 (the cross-sectional area of the sample is constant) is plotted. Such a method for calculating the R contact resistance will be described using a thermoelectric property evaluation apparatus (FIGS. 8 and 9) provided with the sample stage of the present invention.

図11は、本発明の試料台を用いた、接触抵抗を算出するフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart for calculating the contact resistance using the sample stage of the present invention.

ステップS1110:電極が付与された試料110を第1のブロック130aと第2のブロック130bとで挟持し、試料110に電流を印加する。電流の印加は、図8、図9に示す電源810によって行われる。ここで試料110は、断面積が一定であり、種々の長さを有する。この操作は、図10のステップS1010と同じである。   Step S1110: The sample 110 provided with an electrode is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b, and current is applied to the sample 110. The application of current is performed by a power source 810 shown in FIGS. Here, the sample 110 has a constant cross-sectional area and various lengths. This operation is the same as step S1010 in FIG.

ステップS1120:電流が印加された試料110間の電位差を測定する。電位差は、図8、図9に示す電圧計320で測定される。この際、試料110の種々の長さについて電位差を測定する。この操作は、図10のステップS1020と同じである。   Step S1120: The potential difference between the samples 110 to which current is applied is measured. The potential difference is measured by a voltmeter 320 shown in FIGS. At this time, the potential difference is measured for various lengths of the sample 110. This operation is the same as step S1020 in FIG.

ステップS1130:ステップS1110およびステップS1120を繰り返す。このとき、ステップS1110とは異なる大きさの電流を印加する。   Step S1130: Steps S1110 and S1120 are repeated. At this time, a current having a magnitude different from that in step S1110 is applied.

ステップS1140:ステップS1130で得られた電流値の変化および電位差の変化とから試料110の抵抗(内部抵抗)を算出する。抵抗は、次式にしたがって算出される。
R=∇V/∇I
ここで、Rは、試料110の抵抗であり、∇I(A)は、ステップS1130で得られた電流値の変化であり、∇Vは、ステップS1130で得られた電位差の変化である。この操作は、図10のステップS1040と同じである。
Step S1140: The resistance (internal resistance) of the sample 110 is calculated from the change in current value and the change in potential difference obtained in step S1130. The resistance is calculated according to the following equation.
R = ∇V / ∇I
Here, R is the resistance of the sample 110, ∇I (A) is a change in the current value obtained in step S1130, and ∇V is a change in the potential difference obtained in step S1130. This operation is the same as step S1040 in FIG.

ステップS1150:ステップS1110〜S1140で得られた種々の長さの試料110に対する電位差から抵抗(内部抵抗に相当)を算出し、試料110の長さに対して抵抗の値(抵抗値)をプロットする。試料110の長さが0の場合の抵抗値を読み取る。   Step S1150: The resistance (corresponding to the internal resistance) is calculated from the potential difference with respect to the sample 110 of various lengths obtained in steps S1110 to S1140, and the resistance value (resistance value) is plotted against the length of the sample 110. . The resistance value when the length of the sample 110 is 0 is read.

読み取られた値が、試料110と電極150a、150bとの間の抵抗値、電極150a、150bを構成する材料の抵抗値、電極150aと第1の熱電対120aとの間の抵抗値、電極150bと第2の熱電対120bとの間の抵抗値、ならびに、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを構成する材料の抵抗値の合計である接触抵抗となる。   The read value is the resistance value between the sample 110 and the electrodes 150a and 150b, the resistance value of the material constituting the electrodes 150a and 150b, the resistance value between the electrode 150a and the first thermocouple 120a, and the electrode 150b. And the second thermocouple 120b, and the contact resistance which is the sum of the resistance values of the materials constituting the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b.

ここで読み取られた値を、図10のステップS1050のR接触抵抗に適用すれば、各抵抗値が不明な場合も、容易かつ高精度に電気伝導度を求めることができる。 If the value read here is applied to the R contact resistance in step S1050 in FIG. 10, even when each resistance value is unknown, the electric conductivity can be easily and accurately obtained.

また、図11の接触抵抗の算出は、試料が既知の熱電材料である場合にそれに使用する電極の評価に有効である。図11と同様にステップS1110〜S1150を行えばよい。   In addition, the calculation of the contact resistance in FIG. 11 is effective for the evaluation of the electrode used in the case where the sample is a known thermoelectric material. Steps S1110 to S1150 may be performed as in FIG.

ステップS1110:電極が付与された熱電材料からなる試料を第1のブロック130aと第2のブロック130bとで挟持し、試料に電流を印加する。電流の印加は、図8、図9に示す電源810によって行われる。ここで熱電材料からなる試料は、断面積が一定であり、種々の長さを有する。
ステップS1120:電流が印加された試料間の電位差を測定する。電位差は、図8、図9に示す電圧計320で測定される。この際、試料の種々の長さについて電位差を測定する。
ステップS1130:ステップS1110およびステップS1120を繰り返す。
ステップS1140:電流値と電位差とから試料110の抵抗(内部抵抗)を算出する。
ステップS1150:ステップS1110〜S1140に基づいて、種々の長さの試料に対して抵抗値をプロットし、試料の長さが0の場合の抵抗値を読み取る。
Step S1110: A sample made of a thermoelectric material provided with an electrode is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b, and current is applied to the sample. The application of current is performed by a power source 810 shown in FIGS. Here, the sample made of the thermoelectric material has a constant cross-sectional area and various lengths.
Step S1120: Measuring a potential difference between samples to which a current is applied. The potential difference is measured by a voltmeter 320 shown in FIGS. At this time, the potential difference is measured for various lengths of the sample.
Step S1130: Steps S1110 and S1120 are repeated.
Step S1140: The resistance (internal resistance) of the sample 110 is calculated from the current value and the potential difference.
Step S1150: Based on steps S1110 to S1140, resistance values are plotted for samples of various lengths, and the resistance values when the sample length is 0 are read.

このようにして得られた抵抗値は、接触抵抗であるため、種々の電極を用いた際の接触抵抗の大小を比較検討することにより、熱電材料に使用する電極を評価できる。例えば、接触抵抗が小さい場合には、熱電材料およびそれに用いた電極は、当該熱電材料に好適であると評価でき、接触抵抗が大きい場合には、熱電材料およびそれに用いた電極は、当該熱電材料に不向きであると評価できる。このような接触抵抗の基準は、例示的には、熱電材料の抵抗より1/100以下の接触抵抗であれば電極として好適であり、熱電材料の抵抗を接触抵抗が超えると電極として不向きである。   Since the resistance value obtained in this way is a contact resistance, the electrode used for the thermoelectric material can be evaluated by comparing and examining the contact resistance when various electrodes are used. For example, when the contact resistance is small, it can be evaluated that the thermoelectric material and the electrode used therefor are suitable for the thermoelectric material. When the contact resistance is large, the thermoelectric material and the electrode used therefor are the thermoelectric material concerned. It can be evaluated that it is unsuitable for. Such a contact resistance criterion is illustratively suitable as an electrode if the contact resistance is 1/100 or less than the resistance of the thermoelectric material, and unsuitable as an electrode if the contact resistance exceeds the resistance of the thermoelectric material. .

(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態1で説明した試料台を用いたさらに別の熱電特性評価装置、および、それを用いた試料の熱電特性を評価する方法について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, another thermoelectric property evaluation apparatus using the sample stage described in the first embodiment and a method for evaluating the thermoelectric property of a sample using the same will be described.

図12は、本発明の熱電特性評価装置の模式図である。   FIG. 12 is a schematic diagram of the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.

本発明の熱電特性評価装置1200は、図3で説明した熱電特性評価装置300に加えて、試料110に電流を印加する電源810を備える。電源810は、試料台100の第1のブロック130aおよび第2のブロック130bにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子820a、820bを介して接続される。例示的な導線は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される。なお、合金としては、例えば、ニクロム、白金ロジウム合金、ステンレス等がある。これらの材料は高い熱伝導率持つため好ましい。そのほかの要素は、図3で説明した要素と同一であるため、説明を省略する。   The thermoelectric property evaluation apparatus 1200 of the present invention includes a power source 810 that applies a current to the sample 110 in addition to the thermoelectric characteristic evaluation device 300 described with reference to FIG. The power source 810 is connected via current terminals 820a and 820b made of conductive wires wound around the first block 130a and the second block 130b of the sample stage 100, respectively. Exemplary conductors are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and at least any of these It is selected from the group consisting of alloys containing Examples of the alloy include nichrome, platinum rhodium alloy, and stainless steel. These materials are preferable because they have high thermal conductivity. Other elements are the same as those described with reference to FIG.

なお、本発明の熱電特性評価装置1200は、図8で説明した熱電特性評価装置800に加えて、試料110に温度勾配を形成する温度勾配手段310a、310bを備えているともいえる。   In addition, it can be said that the thermoelectric property evaluation apparatus 1200 of the present invention includes temperature gradient means 310 a and 310 b that form a temperature gradient on the sample 110 in addition to the thermoelectric characteristic evaluation device 800 described with reference to FIG. 8.

図13は、本発明の別の熱電特性評価装置の模式図である。   FIG. 13 is a schematic diagram of another thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention.

本発明の別の熱電特性評価装置1300は、図3で説明した熱電特性評価装置300に加えて、試料110に電流を印加する電源810を備える点では、本発明の熱電特性評価装置1200と同じであるが、電源810は、第1のブロック130aと加熱装置310aとの間、および、第2のブロック130bと冷却装置310bとの間にそれぞれ設置された電流端子910a、910bを介して接続される。試料台100の第1のブロック130aおよび第2のブロック130bにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子820a、820bを介して接続される。好ましくは、電流端子910a、910bは、導線が巻き付けられたブロック920a、920bからなる。これらブロック920a、920bは、好ましくは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱電材料からなる。これにより、熱抵抗を抑え試料へ効率的に熱を伝えることができるので、熱電特性を高精度に測定できる。なお、上限は特に制限はない。そのほかの要素は、図3で説明した要素と同一であるため、説明を省略する。   Another thermoelectric characteristic evaluation apparatus 1300 of the present invention is the same as the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 1200 of the present invention in that it includes a power source 810 that applies a current to the sample 110 in addition to the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 300 described in FIG. However, the power source 810 is connected via current terminals 910a and 910b installed between the first block 130a and the heating device 310a, and between the second block 130b and the cooling device 310b, respectively. The They are connected via current terminals 820a and 820b made of conductive wires wound around the first block 130a and the second block 130b of the sample stage 100, respectively. Preferably, the current terminals 910a and 910b are composed of blocks 920a and 920b around which conductive wires are wound. These blocks 920a and 920b are preferably made of a thermoelectric material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature. Thereby, since heat resistance can be suppressed and heat can be efficiently transmitted to the sample, thermoelectric characteristics can be measured with high accuracy. The upper limit is not particularly limited. Other elements are the same as those described with reference to FIG.

なお、本発明の別の熱電特性評価装置1300は、図9で説明した熱電特性評価装置900に加えて、試料110に温度勾配を形成する温度勾配手段310a、310bを備えているともいえる。   It can be said that another thermoelectric property evaluation apparatus 1300 of the present invention includes temperature gradient means 310a and 310b that form a temperature gradient in the sample 110 in addition to the thermoelectric characteristic evaluation device 900 described with reference to FIG.

熱電特性評価装置300、800、900と同様に、本発明の熱電特性評価装置1200、1300を外部ヒータに収容してもよい。これにより、測定されるべき試料の測定温度を一定にし、より高精度に熱電特性を評価できる。あるいは、本発明の熱電特性評価装置1200、1300をガス置換可能であり、ガス圧を制御可能な容器に収容し、所定の雰囲気下で測定してもよい。所定の雰囲気は、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気中または湿潤ガス雰囲気中のいずれかである。例えば、試料110が大気中で化学的に不安定である場合、所定のガスとして不活性ガスを用いて減圧下で行えば、熱流を安定させ、試料が化学的安定状態で測定できるため好ましい。また、熱流を安定させるために0.01MPa以上0.1MPa以下の減圧範囲での測定が好ましい。   Similarly to the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 300, 800, and 900, the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 1200 and 1300 of the present invention may be accommodated in an external heater. Thereby, the measurement temperature of the sample to be measured can be made constant, and the thermoelectric characteristics can be evaluated with higher accuracy. Alternatively, the thermoelectric property evaluation apparatuses 1200 and 1300 of the present invention may be gas-replaced and housed in a container whose gas pressure can be controlled, and measurement may be performed in a predetermined atmosphere. The predetermined atmosphere is any of air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere, or wet gas atmosphere. For example, when the sample 110 is chemically unstable in the atmosphere, it is preferable to use an inert gas as a predetermined gas under reduced pressure because the heat flow is stabilized and the sample can be measured in a chemically stable state. In order to stabilize the heat flow, measurement in a reduced pressure range of 0.01 MPa to 0.1 MPa is preferable.

このような本発明の熱電特性評価装置1200、1300を用いれば、熱電特性評価装置300および熱電特性評価装置800、900の両方の機能を備えるため、熱電特性として絶対ゼーベック係数、熱起電力、開回路電圧、内部抵抗および電気伝導度の評価に加えて、試料110の有効最大出力および最大出力密度を算出できる。有効最大出力とは、ある試料に温度差を与えた際に得られる最大電力を比較するための指標であり、試料サイズをメートル単位あたりのワット数とした値である。最大出力密度とは、例えば、1以上の熱電材料からなる素子を備えたモジュールに対して、出力を評価する指標である。このような有効最大出力や最大出力密度を評価することにより、試料とモジュールとを同一指標である出力(W)を用いた評価ができる。   If the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 1200 and 1300 of the present invention are used, the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 300 and the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 800 and 900 have both functions. In addition to the evaluation of circuit voltage, internal resistance, and electrical conductivity, the effective maximum output and maximum output density of sample 110 can be calculated. The effective maximum output is an index for comparing the maximum power obtained when a temperature difference is given to a certain sample, and is a value in which the sample size is wattage per meter unit. The maximum output density is an index for evaluating the output of a module including an element made of one or more thermoelectric materials, for example. By evaluating such an effective maximum output and maximum output density, the sample and the module can be evaluated using the output (W) which is the same index.

次に、本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置(図12、図13)を用いて、試料の熱電特性として有効最大出力を評価する方法を説明する。
図14は、本発明の試料台を用いた試料の熱電特性として有効最大出力を評価するフローチャートである。
Next, a method for evaluating an effective maximum output as a thermoelectric characteristic of a sample using a thermoelectric characteristic evaluation apparatus (FIGS. 12 and 13) provided with the sample stage of the present invention will be described.
FIG. 14 is a flowchart for evaluating an effective maximum output as a thermoelectric characteristic of a sample using the sample stage of the present invention.

ステップS1010:電極が付与された試料110を第1のブロック130aと第2のブロック130bとで挟持し、試料110に電流を印加する。電流の印加は、図12、図13に示す電源810によって行われる。   Step S1010: The sample 110 provided with an electrode is sandwiched between the first block 130a and the second block 130b, and a current is applied to the sample 110. The application of current is performed by a power source 810 shown in FIGS.

ステップS1020:電流が印加された試料110間の電位差を測定する。電位差は、図12、図13に示す電圧計320で測定される。   Step S1020: The potential difference between the samples 110 to which current is applied is measured. The potential difference is measured by a voltmeter 320 shown in FIGS.

ステップS1030:ステップS1010およびステップS1020を繰り返す。   Step S1030: Steps S1010 and S1020 are repeated.

ステップS1040:ステップS1030で得られた電流値の変化および電位差の変化とから試料110の内部抵抗を算出する。内部抵抗は、次式にしたがって算出される。
R=∇V/∇I
ここで、Rは、試料110の内部抵抗であり、∇I(A)は、ステップS1030で得られた電流値の変化であり、∇Vは、ステップS1030で得られた電位差の変化である。
Step S1040: The internal resistance of the sample 110 is calculated from the change in current value and the change in potential difference obtained in step S1030. The internal resistance is calculated according to the following formula.
R = ∇V / ∇I
Here, R is the internal resistance of the sample 110, ∇I (A) is the change in the current value obtained in step S1030, and ∇V is the change in the potential difference obtained in step S1030.

ステップS1410:試料に温度勾配を形成する。温度勾配は、図12、図13に示す温度勾配手段310a、310bによって形成される。   Step S1410: A temperature gradient is formed on the sample. The temperature gradient is formed by the temperature gradient means 310a and 310b shown in FIGS.

ステップS1420:ステップS1410で形成された温度勾配によって発生する試料110間の電位差を測定する。電位差は、図12、図13に示す電圧計320で測定される。   Step S1420: The potential difference between the samples 110 generated by the temperature gradient formed in step S1410 is measured. The potential difference is measured by a voltmeter 320 shown in FIGS.

ステップS1430:ステップS1040で得られた内部抵抗およびステップS1420で得られた電位差を用いて、試料110の有効最大出力を算出する。有効最大出力の算出は次式で求められる。
max={(ΔE)×L}/{4×R×A}
ここで、Pmaxは、試料110の有効最大出力であり、ΔE(μV)は、ステップS1420で測定された電位差(開回路電圧に相当する)であり、L(cm)は、試料110の長さであり、R(Ω)は、ステップS1040で得られた試料110の内部抵抗であり、A(cm)は、試料110の断面積である。
Step S1430: The effective maximum output of the sample 110 is calculated using the internal resistance obtained in Step S1040 and the potential difference obtained in Step S1420. The effective maximum output is calculated by the following equation.
P max = {(ΔE) 2 × L} / {4 × R × A}
Here, P max is the effective maximum output of the sample 110, ΔE (μV) is the potential difference (corresponding to the open circuit voltage) measured in step S1420, and L (cm) is the length of the sample 110. R (Ω) is the internal resistance of the sample 110 obtained in step S1040, and A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample 110.

このように、本発明の試料台100を用いれば、試料110の内部抵抗および温度勾配を形成した際の電位差を求めるだけで、試料110の有効最大出力を簡単かつ高精度に求めることができる。   As described above, when the sample stage 100 of the present invention is used, the effective maximum output of the sample 110 can be obtained easily and with high accuracy only by obtaining the internal resistance of the sample 110 and the potential difference when the temperature gradient is formed.

ここでは、ステップS1010〜S1040を先に行い、次いで、ステップS1410〜1430を行うように説明したが、ステップS1410〜S1420を先に行い、次いで、ステップS1010〜S1040を行い、最後にS1430を行ってもよい。   Here, steps S1010 to S1040 are performed first, and then steps S1410 to 1430 are performed. However, steps S1410 to S1420 are performed first, then steps S1010 to S1040 are performed, and finally S1430 is performed. Also good.

これらステップS1010〜S1040は、図10を参照して説明した内部抵抗の評価方法と同じである。ここでは、図12、図13の熱電特性評価装置1200、1300を用いることを前提とするが、例えば、図8、図9の熱電特性評価装置800、900を用い、ステップS1010〜S1040を行い、図3の熱電特性評価装置300を用い、ステップS1410〜1420を行い、これらから得られた内部抵抗および電位差を用いて、ステップS1430を行ってもよい。   These steps S1010 to S1040 are the same as the internal resistance evaluation method described with reference to FIG. Here, it is assumed that the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 1200 and 1300 in FIGS. 12 and 13 are used. For example, the thermoelectric characteristic evaluation apparatuses 800 and 900 in FIGS. 8 and 9 are used, and steps S1010 to S1040 are performed. Steps S1410 to 1420 may be performed using the thermoelectric property evaluation apparatus 300 of FIG. 3, and step S1430 may be performed using the internal resistance and the potential difference obtained from these.

さらに、ステップS1430で得た有効最大出力を用いて、1以上の熱電材料からなる素子を備えたモジュールの最大出力密度を評価することができる。詳細には、上述してきた試料110がモジュールである場合、モジュールは、n型熱電材料および/またはp型熱電材料からなる1以上の素子を備える。熱電材料の導電型は、例えば、ゼーベック係数の温度依存性において、ゼーベック係数が負の傾きを有する場合はn型であり、ゼーベック係数が正の傾きを有する場合はp型であると判定できる。   Furthermore, the maximum output density of a module including an element made of one or more thermoelectric materials can be evaluated using the effective maximum output obtained in step S1430. Specifically, when the sample 110 described above is a module, the module includes one or more elements made of an n-type thermoelectric material and / or a p-type thermoelectric material. For example, in the temperature dependence of the Seebeck coefficient, the thermoelectric material can be determined to be n-type when the Seebeck coefficient has a negative slope and p-type when the Seebeck coefficient has a positive slope.

ステップS1430に続いて、次式に基づいて、モジュールである試料110の最大出力密度を算出する。
={(Pmax(n)+Pmax(p))×a}/(2×L)
ここで、Pは、試料110の最大出力密度であり、Pmax(n)は、n型熱電材料の有効最大出力であり、Pmax(p)は、p型熱電材料の有効最大出力であり、a(%)は、モジュール中のn型熱電材料および/またはp型熱電材料の充填率であり、L(cm)は、n型熱電材料および/またはp型熱電材料の長さである。
Following step S1430, the maximum output density of the sample 110, which is a module, is calculated based on the following equation.
P A = {(P max (n) + P max (p) ) × a} / (2 × L)
Here, P A is the maximum output density of the sample 110, P max (n) is the effective maximum output of the n-type thermoelectric material, and P max (p) is the effective maximum output of the p-type thermoelectric material. Yes, a (%) is the filling rate of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material in the module, and L (cm) is the length of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material .

例えば、モジュールである試料110が、1個のn型熱電材料および1個のp型熱電材料からなるとする。ここで、n型熱電材料およびp型熱電材料の長さは、いずれもL1(cm)であり、試料110中のn型熱電材料およびp型熱電材料の充填率は、a1(%)であるとする。n型熱電材料およびp型熱電材料の有効最大出力を、図14のステップS1010〜S1040およびS1410〜S1430に基づいて、Pmax1(n)およびPmax1(p)と求めている場合、この試料110の最大出力密度Pは、
={(Pmax1(n)+Pmax1(p))×a1}/(2×L1)
と求めることができる。
For example, it is assumed that the sample 110 that is a module is composed of one n-type thermoelectric material and one p-type thermoelectric material. Here, the lengths of the n-type thermoelectric material and the p-type thermoelectric material are both L1 (cm), and the filling rate of the n-type thermoelectric material and the p-type thermoelectric material in the sample 110 is a1 (%). And When the effective maximum output of the n-type thermoelectric material and the p-type thermoelectric material is determined as P max1 (n) and P max1 (p) based on steps S1010 to S1040 and S1410 to S1430 in FIG. The maximum power density P A of
P A = {(P max1 (n) + P max1 (p) ) × a1} / (2 × L1)
It can be asked.

このように、本発明の試料台100を用いれば、試料110がモジュールであっても、モジュールを構成する熱電材料の有効最大出力を求めるだけで、最大出力密度を簡単かつ高精度に求めることができる。   As described above, when the sample stage 100 of the present invention is used, even if the sample 110 is a module, the maximum output density can be easily and accurately obtained only by obtaining the effective maximum output of the thermoelectric material constituting the module. it can.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。   The present invention will now be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
実施例1では、本発明の試料台を用いて、試料としてSiウェハ(Si<100>)の熱起電力および絶対ゼーベック係数を評価した。
[Example 1]
In Example 1, the thermoelectromotive force and absolute Seebeck coefficient of a Si wafer (Si <100>) as a sample were evaluated using the sample stage of the present invention.

図1を参照して、実施例1の試料台を説明する。実施例1の試料台において、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bは、Cuから構成される。第1のブロック130aおよび第2のブロック130bには、それぞれ、先端以外がシリコーン合成樹脂の絶縁材料220で絶縁されたT−タイプ(銅/コンスタンタン)の第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bが埋め込まれている。第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bの直径は0.127mmであった。用いた銅の長さは20mであり、コンスタンタンの長さは10mであった。なお、正確な温度測定を行うため、熱電対の基準接点には氷浴を用いた。   With reference to FIG. 1, the sample stage of Example 1 will be described. In the sample stage of Example 1, the first block 130a and the second block 130b are made of Cu. The first block 130a and the second block 130b include a T-type (copper / constantan) first thermocouple 120a and a second thermoelectric, each of which is insulated with an insulating material 220 of a silicone synthetic resin except for the tip. The pair 120b is embedded. The diameters of the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b were 0.127 mm. The length of copper used was 20 m, and the length of constantan was 10 m. In order to perform accurate temperature measurement, an ice bath was used at the reference junction of the thermocouple.

第1の熱電対120aと試料とが接する領域以外の第1の熱電対120aと第1のブロック130aとの間の空間、ならびに、第2の熱電対120bと試料とが接する領域以外の第2の熱電対120bと第2のブロック130bとの間の空間は、導電性を有する材料140としてAuペーストで充填されている。   The space between the first thermocouple 120a and the first block 130a other than the area where the first thermocouple 120a and the sample are in contact, and the second area other than the area where the second thermocouple 120b and the sample are in contact with each other. The space between the thermocouple 120b and the second block 130b is filled with Au paste as a conductive material 140.

Auの室温(300K)における絶対ゼーベック係数は、1.94μV/Kであった。Cuの室温(300K)における絶対ゼーベック係数は、1.84μV/Kであった。また、Cuの室温(300K)における熱伝導率は、401W/(m・K)であった。   The absolute Seebeck coefficient of Au at room temperature (300 K) was 1.94 μV / K. The absolute Seebeck coefficient of Cu at room temperature (300 K) was 1.84 μV / K. Further, the thermal conductivity of Cu at room temperature (300 K) was 401 W / (m · K).

図15は、本発明の試料台を用いて構成した熱電特性評価装置の外観(A)および模式図(B)を示す図である。   FIG. 15 is a diagram showing an external appearance (A) and a schematic diagram (B) of a thermoelectric property evaluation apparatus configured using the sample stage of the present invention.

図15は、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bがそれぞれ埋め込まれた、Cu製の第1のブロック130aおよびCu製の第2のブロック130bを備えた試料台で、試料110としてSiウェハを挟持している様子が示される。さらに、図15に示す熱電特性評価装置には、試料110に温度勾配を形成する温度勾配手段310a、310bとしてペルチェヒータ/クーラ(Kelk製)が設けられており、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを介して、試料110間の電位差を測定する電圧計320として高精度ナノボルトメータ(Keithley Instrument製、model2182)が備えられた。このような構成は、図3を参照して説明した熱電特性評価装置300と同様である。   FIG. 15 is a sample table including a first block 130a made of Cu and a second block 130b made of Cu, in which a first thermocouple 120a and a second thermocouple 120b are embedded, respectively. A state of sandwiching the Si wafer is shown. Further, the thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 15 is provided with Peltier heater / cooler (manufactured by Kelk) as temperature gradient means 310a and 310b for forming a temperature gradient in the sample 110, and the first thermocouple 120a and the first thermocouple A high-accuracy nanovoltmeter (model 2182, manufactured by Keithley Instrument) was provided as a voltmeter 320 for measuring the potential difference between the samples 110 via the two thermocouples 120b. Such a configuration is the same as that of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 300 described with reference to FIG.

図15に示す熱電特性評価装置は、温度勾配手段310a、310bそれぞれに、熱を逃がすすためのヒートシンク1510a、1510bが設けられている。図15に示す熱電特性評価装置は、外部ヒータ1520としてフレキシブルヒータ(TAIKA製、FH3)を備えたアルミニウム製容器に収容されている。   In the thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 15, heat sinks 1510a and 1510b for releasing heat are provided in the temperature gradient means 310a and 310b, respectively. The thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 15 is accommodated in an aluminum container provided with a flexible heater (made by TAIKA, FH3) as an external heater 1520.

図16は、図15に示す熱電特性評価装置を収容したガス置換チャンバの外観(A)および模式図(B)を示す。   FIG. 16 shows an appearance (A) and a schematic diagram (B) of a gas replacement chamber containing the thermoelectric property evaluation apparatus shown in FIG.

ボックス1610は、図15に示す熱電特性評価装置を模式的に示す。図15に示す熱電特性評価装置1610をガス置換チャンバ1620に収容し、ガス置換可能な構成にした。実施例1では、測定雰囲気をHeガスでガス置換した後、0.09MPaまで減圧した。   Box 1610 schematically shows the thermoelectric property evaluation apparatus shown in FIG. A thermoelectric property evaluation apparatus 1610 shown in FIG. 15 is housed in a gas replacement chamber 1620 so that the gas can be replaced. In Example 1, the measurement atmosphere was replaced with He gas, and then the pressure was reduced to 0.09 MPa.

上述の本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置を用いて、試料としてSiウェハの熱起電力および絶対ゼーベック係数を測定した。Siウェハは、4mm角、厚さ500μmの大きさを有した。Siウェハには、電極として、Au膜をスパッタにより厚さ400nm以上となるよう蒸着した後、Auペーストを塗布した。   The thermoelectric power and absolute Seebeck coefficient of a Si wafer were measured as samples using the thermoelectric property evaluation apparatus provided with the sample stage of the present invention described above. The Si wafer had a size of 4 mm square and a thickness of 500 μm. An Au film was deposited on the Si wafer as an electrode by sputtering so as to have a thickness of 400 nm or more, and then an Au paste was applied.

具体的には、試料を、その厚さ方向に第1のブロックと第2のブロックとで挟持し、試料に温度勾配を形成した(図6のステップS610)。試料の電位差および温度差を測定した(図6のステップS620)。次に、さらに異なる温度勾配を形成し、その温度勾配における試料の電位差および温度差を測定した(ステップS630)。これを繰り返し、電位差の変化(∇E)および温度差の変化(∇T)を測定した。得られた温度差および電位差の変化を用いて、試料の厚さ方向の絶対ゼーベック係数(S=∇E/∇T+S熱電対)を算出した(図6のステップS640)。結果を図18(B)に示す。 Specifically, the sample was sandwiched between the first block and the second block in the thickness direction, and a temperature gradient was formed on the sample (step S610 in FIG. 6). The potential difference and temperature difference of the sample were measured (step S620 in FIG. 6). Next, a further different temperature gradient was formed, and the potential difference and temperature difference of the sample in the temperature gradient were measured (step S630). This was repeated, and the change in potential difference (∇E) and the change in temperature difference (∇T) were measured. The absolute Seebeck coefficient (S = ∇E / ∇T + S thermocouple ) in the thickness direction of the sample was calculated using the obtained temperature difference and potential difference change (step S640 in FIG. 6). The results are shown in FIG.

図17は、従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置の模式図を示す。   FIG. 17 shows a schematic diagram of a thermoelectric property evaluation apparatus for measuring the longitudinal direction according to the prior art.

比較のため、図17に示す従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置を用いて、Siウェハの長手方向の熱電特性としてゼーベック係数を測定した。結果を図18(A)に示す。   For comparison, the Seebeck coefficient was measured as the thermoelectric characteristic in the longitudinal direction of the Si wafer by using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus for measuring the longitudinal direction according to the conventional technique shown in FIG. The results are shown in FIG.

[実施例2]
実施例2では、本発明の試料台を用いて、試料としてNiプレートの絶対ゼーベック係数を評価した。Niプレートは、4mm角、厚さ300μmの大きさを有した。このNiプレートに電極としてAu膜をスパッタにより厚さ400nm以上となるよう蒸着した。
[Example 2]
In Example 2, using the sample stage of the present invention, the absolute Seebeck coefficient of a Ni plate as a sample was evaluated. The Ni plate had a size of 4 mm square and a thickness of 300 μm. An Au film as an electrode was deposited on this Ni plate by sputtering so as to have a thickness of 400 nm or more.

Niプレートの厚さ方向に対して、実施例1と同様に、温度勾配を形成し、その際の温度差および電位差を測定し、絶対ゼーベック係数を求めた。結果を図19に示す。   A temperature gradient was formed in the thickness direction of the Ni plate in the same manner as in Example 1, and the temperature difference and potential difference at that time were measured to obtain the absolute Seebeck coefficient. The results are shown in FIG.

ここでも、比較のため、図17に示す従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置を用いて、Niプレートの長手方向の熱電特性として温度差および電位差を測定し、絶対ゼーベック係数を求めた。結果を図19に示す。   Here, for comparison, the temperature difference and the potential difference were measured as the thermoelectric characteristics in the longitudinal direction of the Ni plate using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus for measuring the longitudinal direction according to the prior art shown in FIG. 17, and the absolute Seebeck coefficient was obtained. . The results are shown in FIG.

[実施例3]
実施例3では、本発明の試料台を用いて、試料としてBiTeナノワイヤアレイの熱起電力を評価した。ここでは、図4で説明したように、図16の熱電特性評価装置の第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bをゼロ接点420、セレクタスイッチ430、電圧計320の順に接続した。
[Example 3]
In Example 3, using the sample stage of the present invention, the thermoelectromotive force of a Bi 2 Te 3 nanowire array was evaluated as a sample. Here, as described in FIG. 4, the first thermocouple 120 a and the second thermocouple 120 b of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of FIG. 16 are connected in the order of the zero contact 420, the selector switch 430, and the voltmeter 320.

多孔性の透明アノード酸化アルミニウムフィルタにBiTeを蒸着し、BiTeナノワイヤアレイ(0.04cm、厚さ50μm)を得た。このようなBiTeナノワイヤアレイを図20に示す。BiTeナノワイヤアレイには、電極として、Au膜をスパッタにより厚さ400nm以上となるよう蒸着した後、Auペーストを塗布した。 Bi 2 Te 3 was vapor-deposited on a porous transparent anodic aluminum oxide filter to obtain a Bi 2 Te 3 nanowire array (0.04 cm 2 , thickness 50 μm). Such a Bi 2 Te 3 nanowire array is shown in FIG. On the Bi 2 Te 3 nanowire array, an Au film was deposited as an electrode to a thickness of 400 nm or more by sputtering, and then an Au paste was applied.

BiTeナノワイヤアレイの厚さ方向に対して、実施例1と同様に、温度勾配を形成し、その際の温度差および電位差を測定し、絶対ゼーベック係数を求めた。結果を図21〜図23に示す。 A temperature gradient was formed in the thickness direction of the Bi 2 Te 3 nanowire array in the same manner as in Example 1, and the temperature difference and potential difference at that time were measured to determine the absolute Seebeck coefficient. The results are shown in FIGS.

実施例1〜実施例3の試料の詳細および測定環境の一覧を簡単のため表2に示し、結果を説明する。   Details of the samples of Examples 1 to 3 and a list of measurement environments are shown in Table 2 for simplicity, and the results will be described.

図18は、実施例1によるSiウェハの熱起電力の温度差依存性を示す図である。   FIG. 18 is a graph showing the temperature difference dependency of the thermoelectromotive force of the Si wafer according to Example 1.

図18(A)は、Siウェハの長手方向の全熱起電力の温度差依存性であり、図18(B)は、Siウェハの厚さ方向の全熱起電力の温度差依存性である。全熱起電力の絶対値は、いずれも、温度差の増加に伴い、直線的に増加した。図18(B)に示される近似曲線は、y=−5.9169−186.38x(R=0.99997)で与えられる。xは温度差であり、yは熱起電力である。ここで、近似曲線の傾きは、Siウェハの厚さ方向の相対ゼーベック係数になる。すなわち、絶対ゼーベック係数S=S相対+S熱電対(Cu)であるから、S=−186.38+1.84≒−185μV/Kと求めることができる。一方、Siウェハの長手方向の絶対ゼーベック係数は、−179μV/Kであり、Siウェハの厚さ方向のそれに一致した。 FIG. 18A shows the temperature difference dependency of the total thermoelectromotive force in the longitudinal direction of the Si wafer, and FIG. 18B shows the temperature difference dependency of the total thermoelectromotive force in the thickness direction of the Si wafer. . The absolute value of the total thermoelectromotive force increased linearly as the temperature difference increased. The approximate curve shown in FIG. 18B is given by y = −5.9169-186.38x (R = 0.99997). x is a temperature difference and y is a thermoelectromotive force. Here, the slope of the approximate curve is a relative Seebeck coefficient in the thickness direction of the Si wafer. That is, since the absolute Seebeck coefficient S = S relative + S thermocouple (Cu) , S = −186.38 + 1.84≈−185 μV / K. On the other hand, the absolute Seebeck coefficient in the longitudinal direction of the Si wafer was −179 μV / K, which coincided with that in the thickness direction of the Si wafer.

図19は、実施例2によるNiプレートの絶対ゼーベック係数の温度依存性を示す図である。   FIG. 19 is a diagram showing the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient of the Ni plate according to Example 2.

図19では、第1のブロック側の温度を横軸にし、その温度で得られた絶対ゼーベック係数がプロットされた。図19において、●は、図16の熱電特性評価装置を用いて算出された絶対ゼーベック係数であり、○は、AT Burkovら,Meas.Sci.Technol.,2001,12,264で報告されたNiバルクの絶対ゼーベック係数であり、■は、図17の従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置を用いて算出された絶対ゼーベック係数である。これらの結果から、図1の本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置を用いて算出された、Niプレートの厚さ方向の絶対ゼーベック係数の値は、報告値、および、従来技術による熱電特性評価装置で測定されたNiプレートの長手方向の絶対ゼーベック係数の値と比べて、絶対値で2〜3μV/Kの差を有するものの、比較的近いであった。また、Niプレートの厚さ方向の絶対ゼーベック係数は、AT Burkovらの報告値であるNiバルクのそれと同様に、顕著ではないものの、わずかながら温度依存性を示すことが分かった。   In FIG. 19, the temperature on the first block side is plotted on the horizontal axis, and the absolute Seebeck coefficient obtained at that temperature is plotted. 19, ● represents the absolute Seebeck coefficient calculated using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus of FIG. 16, and ○ represents AT Burkov et al., Meas. Sci. Technol. , 2001, 12, 264, the absolute Seebeck coefficient of Ni bulk, and ■ is the absolute Seebeck coefficient calculated using the thermoelectric property evaluation apparatus for measuring the longitudinal direction according to the prior art of FIG. From these results, the absolute Seebeck coefficient value in the thickness direction of the Ni plate calculated using the thermoelectric property evaluation apparatus equipped with the sample stage of the present invention shown in FIG. Compared with the value of the absolute Seebeck coefficient in the longitudinal direction of the Ni plate measured by the characteristic evaluation apparatus, although it has a difference of 2 to 3 μV / K in absolute value, it was relatively close. Further, it was found that the absolute Seebeck coefficient in the thickness direction of the Ni plate was slightly not like the Ni bulk reported by AT Burkov et al.

以上の図18および図19から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図6の方法を行うことにより、厚さ方向の絶対ゼーベック係数を算出することができることが示された。   FIG. 18 and FIG. 19 show that the absolute Seebeck coefficient in the thickness direction can be calculated by performing the method of FIG. 6 using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus having the sample stage of FIG. .

図20は、実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの外観を示す図である。 FIG. 20 is a diagram showing the appearance of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3.

図20(A)は、BiTeの蒸着前のアノード酸化アルミニウムフィルタの外観を示す。図20(A)に示されるように、アノード酸化アルミニウムフィルタは、多孔性の透明フィルタであった。一方、図20(B)は、全体が黒く不透明であり、アノード酸化アルミニウムフィルタの多孔部分にBiTeが蒸着されたことが確認された。 FIG. 20A shows the external appearance of the anodized aluminum oxide filter before the deposition of Bi 2 Te 3 . As shown in FIG. 20 (A), the anodized aluminum filter was a porous transparent filter. On the other hand, in FIG. 20B, the whole was black and opaque, and it was confirmed that Bi 2 Te 3 was deposited on the porous portion of the anodized aluminum filter.

図21は、実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの両端の温度、および、温度差のヒータ出力依存性を示す図である。 FIG. 21 is a diagram illustrating the temperature at both ends of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3 and the heater output dependence of the temperature difference.

図21によれば、ペルチェヒータ/クーラの出力の増加に伴い、第1のブロック側がより高温に、第2のブロック側がより低温になった。さらに、試料間の温度差は、ヒータ出力に対して直線的に増加し、その温度差は、ヒータ出力により2K以下に制御された。   According to FIG. 21, with the increase in the output of the Peltier heater / cooler, the first block side became higher temperature and the second block side became lower temperature. Furthermore, the temperature difference between the samples increased linearly with respect to the heater output, and the temperature difference was controlled to 2K or less by the heater output.

図22は、実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの熱起電力の温度差依存性を示す図である。 FIG. 22 is a diagram showing the temperature difference dependence of the thermoelectromotive force of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3.

図22によれば、BiTeナノワイヤアレイの熱起電力の絶対値は、ヒータ出力に対して直線的に増加した。また、図22に示される近似曲線は、y=−2.572−52.07x(R=0.99991)で与えられる。xは温度差であり、yは熱起電力である。ここで、近似曲線の傾きは、BiTeナノワイヤアレイの厚さ方向の相対ゼーベック係数になる。すなわち、絶対ゼーベック係数S=S相対+S熱電対(Cu)であるから、S=−52.07+1.84≒−50μV/Kと求めることができる。 According to FIG. 22, the absolute value of the thermoelectromotive force of the Bi 2 Te 3 nanowire array increased linearly with respect to the heater output. The approximate curve shown in FIG. 22 is given by y = −2.572−52.07x (R = 0.99991). x is a temperature difference and y is a thermoelectromotive force. Here, the slope of the approximate curve is a relative Seebeck coefficient in the thickness direction of the Bi 2 Te 3 nanowire array. That is, since the absolute Seebeck coefficient S = S relative + S thermocouple (Cu) , S = −52.07 + 1.84≈−50 μV / K.

図23は、実施例3によるBiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数の温度依存性を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 3.

図23では、図22を参照して説明したように、絶対ゼーベック係数Sの関係式を用いて、BiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数を測定温度に対してプロットした(図23中の●)。参考のため、CV Manzanoら,J.Solid State Electrochem.,2013,17,2071で報告された電着されたBiTe膜の絶対ゼーベック係数の温度依存性を併せて示す(図23中の■)。 In FIG. 23, as described with reference to FIG. 22, the absolute Seebeck coefficient of the Bi 2 Te 3 nanowire array is plotted with respect to the measurement temperature using the relational expression of the absolute Seebeck coefficient S (● in FIG. 23). ). For reference, CV Manzano et al. Solid State Electrochem. , 2013, 17, 2071 together with the temperature dependence of the absolute Seebeck coefficient of the electrodeposited Bi 2 Te 3 film (■ in FIG. 23).

BiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数の絶対値は、温度の増加に対して増加する傾向を有した。詳細には、BiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数は、297Kから368Kまでの温度の増加にともなって、−50μV/Kから−60μV/Kまで減少した。このことから、BiTeナノワイヤアレイがn型伝導であることが分かり、BiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数は、報告値として示すBiTe膜のそれに近い値であった。 The absolute value of the absolute Seebeck coefficient of the Bi 2 Te 3 nanowire array tended to increase with increasing temperature. Specifically, the absolute Seebeck coefficient for Bi 2 Te 3 nanowire arrays decreased from −50 μV / K to −60 μV / K with increasing temperature from 297 K to 368 K. This indicates that the Bi 2 Te 3 nanowire array is n-type conductive, and the absolute Seebeck coefficient of the Bi 2 Te 3 nanowire array was close to that of the Bi 2 Te 3 film shown as the reported value.

なお、図示しないが、Y.Maら,Electrochimica Acta,2011,56,4216によれば、室温におけるTeリッチなBiTe薄膜の絶対ゼーベック係数は、−51.6μV/K〜−58.3μV/Kの範囲であると報告されている。また、B.Debら,Mater.Trans.,2012,53,8,1481によれば、BiリッチなBiTe電着膜はp型伝導となることが報告されている。 Although not shown, Y.M. According to Ma et al., Electrochimica Acta, 2011, 56, 4216, the absolute Seebeck coefficient of Te-rich Bi 2 Te 3 thin film at room temperature is in the range of −51.6 μV / K to −58.3 μV / K. Has been. B. Deb et al., Mater. Trans. 2012, 53, 8, 1481, it is reported that a Bi-rich Bi 2 Te 3 electrodeposition film has p-type conduction.

これらから、実施例3で用いたBiTeナノワイヤアレイは、Teリッチな組成を有しており、このような組成により、TeがBiサイトを置換し、Teのアンチサイト欠陥のようなドナー型欠陥を生成し得ることが分かった。 From these, the Bi 2 Te 3 nanowire array used in Example 3 has a Te-rich composition. With such a composition, Te replaces the Bi site, and donors such as Te antisite defects are formed. It has been found that mold defects can be generated.

以上の図18〜図23から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図6の方法を行うことにより、試料の厚さがバルクサイズであっても、薄膜のような極薄であっても、熱起電力および絶対ゼーベック係数を正確に算出できることが示された。   From FIG. 18 to FIG. 23, by using the thermoelectric property evaluation apparatus having the sample stage of FIG. 1 and performing the method of FIG. 6, even if the thickness of the sample is a bulk size, It was shown that the thermoelectromotive force and the absolute Seebeck coefficient can be accurately calculated even when the film is thin.

[実施例4]
実施例4では、本発明の試料台を用いて、試料としてBiTe2.85Se0.15ブロック(n型伝導)の接触抵抗、内部抵抗および電気伝導度を評価した。
[Example 4]
In Example 4, the contact resistance, internal resistance, and electrical conductivity of a Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block (n-type conduction) were evaluated as samples using the sample stage of the present invention.

熱電材料の接触抵抗、内部抵抗あるいは電気伝導度を評価する場合、熱電材料に用いる電極の厚さが影響し得る。そこで、上述の熱電特性の評価に先立って、電極の厚さが電気伝導度に及ぼす影響を調べ、電極の厚さを最適化した。   When the contact resistance, internal resistance or electrical conductivity of a thermoelectric material is evaluated, the thickness of the electrode used for the thermoelectric material can affect. Therefore, prior to the evaluation of the thermoelectric characteristics described above, the influence of the electrode thickness on the electrical conductivity was investigated, and the electrode thickness was optimized.

ガラス基板上に種々の厚さを有するAu層を形成した。Au層の厚さは、0nm、25nm、50nm、75nm、100nm、125nm、150nm、175nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、500nmおよび600nmであった。図17に示す従来技術による長手方向を測定する熱電特性評価装置を用いて、ガラス基板上の種々の厚さのAu層の電気伝導度を測定した。結果を図24に示す。   Au layers having various thicknesses were formed on a glass substrate. The thickness of the Au layer was 0 nm, 25 nm, 50 nm, 75 nm, 100 nm, 125 nm, 150 nm, 175 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 500 nm and 600 nm. The electrical conductivity of the Au layers of various thicknesses on the glass substrate was measured using a thermoelectric property evaluation apparatus for measuring the longitudinal direction according to the prior art shown in FIG. The results are shown in FIG.

図24は、Auの電気伝導度の膜厚依存性を示す図である。   FIG. 24 is a diagram showing the film thickness dependence of the electrical conductivity of Au.

図24によれば、Auの電気伝導度は、その膜厚が増大するにつれて、増加するが、膜厚が400nm以上になると、飽和し、安定となることが分かった。したがって、以降の測定では、試料に付与されるAu電極の膜厚は、400nm以上に設定した。   According to FIG. 24, it was found that the electrical conductivity of Au increases as the film thickness increases, but becomes saturated and stable when the film thickness exceeds 400 nm. Therefore, in the subsequent measurement, the film thickness of the Au electrode applied to the sample was set to 400 nm or more.

図25は、本発明の試料台を用いて構成した熱電特性評価装置の外観(A)および模式図(B)を示す図である。   FIG. 25 is a diagram showing an external appearance (A) and a schematic diagram (B) of a thermoelectric property evaluation apparatus configured using the sample stage of the present invention.

試料台は、実施例1で説明した試料台と同じであるため説明を省略する。図25は、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bがそれぞれ埋め込まれた、Cu製の第1のブロック130aおよびCu製の第2のブロック130bを備えた試料台で、試料110としてBiTe2.85Se0.15ブロックを挟持している様子が示される。 Since the sample stage is the same as the sample stage described in the first embodiment, the description is omitted. FIG. 25 is a sample stage including a first block 130a made of Cu and a second block 130b made of Cu, in which a first thermocouple 120a and a second thermocouple 120b are embedded, respectively. A state in which a Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block is sandwiched is shown.

図25に示す熱電特性評価装置には、第1の熱電対120aおよび第2の熱電対120bを介して、試料110間の電位差を測定する電圧計320として高精度ナノボルトメータ(Keithley Instrument製、model2182)が備えられている。   The thermoelectric characteristic evaluation apparatus shown in FIG. 25 includes a high-precision nanovoltmeter (manufactured by Keithley Instrument, as a voltmeter 320 for measuring a potential difference between the samples 110 via the first thermocouple 120a and the second thermocouple 120b. model 2182).

さらに、図25に示す熱電特性評価装置は、第1のブロック130aの試料110と接する側と対向する側、および、第2のブロック130bの試料110と接する側と対向する側にそれぞれ設置された電流端子910a、910bを介して接続された電源810を備える。電流端子910a、910bは、Cuが巻き付けられたCu製のブロック920a、920bからなった。電源810は、電源メータ(Keithley Instruments製、model2400)であった。このような構成は、図9を参照して説明した熱電特性評価装置900と同様である。   Furthermore, the thermoelectric property evaluation apparatus shown in FIG. 25 is installed on the side facing the sample 110 of the first block 130a and the side facing the sample 110 of the second block 130b. A power source 810 connected via current terminals 910a and 910b is provided. The current terminals 910a and 910b were made of Cu blocks 920a and 920b around which Cu was wound. The power source 810 was a power meter (Keithley Instruments, model 2400). Such a configuration is the same as that of the thermoelectric property evaluation apparatus 900 described with reference to FIG.

図25に示す熱電特性評価装置は、実施例1と同様に、図16に示すガス置換チャンバに収容された。実施例4では、実施例1と同様に、測定雰囲気をHeガスでガス置換した後、0.09MPaまで減圧した。   The thermoelectric property evaluation apparatus shown in FIG. 25 was accommodated in the gas replacement chamber shown in FIG. In Example 4, as in Example 1, the measurement atmosphere was replaced with He gas, and then the pressure was reduced to 0.09 MPa.

上述の本発明の試料台を備えた熱電特性評価装置を用いて、試料としてBiTe2.85Se0.15ブロックの接触抵抗、内部抵抗および電気伝導度を測定した。BiTe2.85Se0.15ブロックは、0.38mm×0.43mm、種々の厚さ(0.1cm、0.15cm、0.25cmおよび0.375cm)の大きさを有した。BiTe2.85Se0.15ブロックには、電極として、Au膜をスパッタにより厚さ400nm以上となるよう蒸着した後、Auペーストを塗布した。 The contact resistance, internal resistance, and electrical conductivity of a Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block as a sample were measured using the thermoelectric property evaluation apparatus equipped with the sample stage of the present invention described above. The Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block had dimensions of 0.38 mm × 0.43 mm and various thicknesses (0.1 cm, 0.15 cm, 0.25 cm and 0.375 cm). On the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block, an Au film was deposited as an electrode to a thickness of 400 nm or more by sputtering, and then an Au paste was applied.

具体的には、試料を、その厚さ方向に第1のブロックと第2のブロックとで挟持し、試料に電流を印加した(図10のステップS1010または図11のステップS1110)。試料の電位差を測定した(図10のステップS1020または図11のステップS1120)。これらを繰り返した(図10のステップS1030または図11のステップS1130)。これらを各長さの試料について行い、電流値および電位差から抵抗を算出した(図10のステップS1040または図11のステップS1140)。抵抗の算出は、R=∇V/∇I(ここで、R(Ω)は、試料の抵抗(内部抵抗に相当)であり、∇I(A)は、試料に印加された電流値の変化であり、∇V(V)は、試料間の電位差の変化である)に基づいた。次に、得られた抵抗値を試料の長さに対してプロットし、試料の長さが0の場合の抵抗値(接触抵抗)を求めた(図11のステップS1150)。結果を図26に示す。   Specifically, the sample was sandwiched between the first block and the second block in the thickness direction, and current was applied to the sample (step S1010 in FIG. 10 or step S1110 in FIG. 11). The potential difference of the sample was measured (step S1020 in FIG. 10 or step S1120 in FIG. 11). These were repeated (step S1030 in FIG. 10 or step S1130 in FIG. 11). These were performed on samples of each length, and the resistance was calculated from the current value and the potential difference (step S1040 in FIG. 10 or step S1140 in FIG. 11). The calculation of the resistance is R = ∇V / ∇I (where R (Ω) is the resistance of the sample (corresponding to the internal resistance), and ∇I (A) is the change in the current value applied to the sample. And ∇V (V) is the change in potential difference between samples). Next, the obtained resistance values were plotted against the sample length, and the resistance value (contact resistance) when the sample length was 0 was obtained (step S1150 in FIG. 11). The results are shown in FIG.

次に、求めた接触抵抗の値を用いて、電気伝導度を算出した(図10のステップS1050)。電気伝導度は、σ=L/{(R−R接触抵抗)A}(ここで、σ(S/cm)は、試料の電気伝導度であり、L(cm)は、試料の長さであり、A(cm)は、試料の断面積であり、R(Ω)は、各試試料の内部抵抗であり、R接触抵抗(Ω)は、図26で求めた接触抵抗である)に基づいた。結果を図27に示す。 Next, electrical conductivity was calculated using the obtained contact resistance value (step S1050 in FIG. 10). The electrical conductivity is σ = L / {(RR contact resistance ) A} (where σ (S / cm) is the electrical conductivity of the sample, and L (cm) is the length of the sample. A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample, R (Ω) is the internal resistance of each test sample, and R contact resistance (Ω) is the contact resistance obtained in FIG. based on. The results are shown in FIG.

[実施例5]
実施例5では、本発明の試料台を用いて、試料としてBiTeナノワイヤアレイの接触抵抗、内部抵抗および電気伝導度を評価した。BiTeナノワイヤアレイは、面積が異なる以外は、実施例3の試料と同様の手順で作製された。実施例5では、実施例4と同様の手順で測定した。結果を図28および図30に示す。得られたBiTeナノワイヤアレイの熱電特性からBiTeナノワイヤ1本の電気伝導度を算出した。結果を後述する。
[Example 5]
In Example 5, the contact resistance, internal resistance, and electrical conductivity of a Bi 2 Te 3 nanowire array as a sample were evaluated using the sample stage of the present invention. The Bi 2 Te 3 nanowire array was prepared in the same procedure as the sample of Example 3 except that the area was different. In Example 5, the measurement was performed in the same procedure as in Example 4. The results are shown in FIG. 28 and FIG. The electrical conductivity of one Bi 2 Te 3 nanowire was calculated from the thermoelectric characteristics of the obtained Bi 2 Te 3 nanowire array. The results will be described later.

[比較例6]
比較例6では、本発明の試料台を用いて、試料としてBiTeナノワイヤアレイの接触抵抗、内部抵抗および電気伝導度を評価した。BiTeナノワイヤアレイは、厚さが異なる以外は、実施例3の試料と同様の手順で作製された。比較例6では、電源の接続様態が、試料台から外部へ出た第1の熱電対および第2の熱電対に直接接続されている点が異なる、2端子法を用い、実施例4と同様の手順で測定した。結果を図29および図30に示す。
[Comparative Example 6]
In Comparative Example 6, the contact resistance, internal resistance and electrical conductivity of a Bi 2 Te 3 nanowire array were evaluated as samples using the sample stage of the present invention. Bi 2 Te 3 nanowire arrays were prepared in the same procedure as the sample of Example 3 except that the thickness was different. Comparative Example 6 uses the two-terminal method except that the connection state of the power supply is directly connected to the first thermocouple and the second thermocouple that are exposed to the outside from the sample stage. It measured in the procedure of. The results are shown in FIG. 29 and FIG.

実施例4、実施例5および比較例6の試料の詳細および測定環境の一覧を簡単のため表3に示し、結果を説明する。   Details of the samples of Example 4, Example 5, and Comparative Example 6 and a list of measurement environments are shown in Table 3 for simplicity, and the results will be described.

図26は、実施例4によるBiTe2.85Se0.15ブロックの抵抗の長さ依存性を示す図である。 FIG. 26 is a diagram illustrating the length dependency of the resistance of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block according to the fourth embodiment.

抵抗値は、試料の長さが短くなるにつれて減少した。さらに図26を外掃し、長さが0の場合の抵抗値、すなわち、図26中のY切片を読み取った。この結果、接触抵抗は、0.0020Ωであった。この値から試料の単位面積当たりの接触抵抗を求めたところ、1.2×10−2Ωcm−2であった。 The resistance value decreased with decreasing sample length. Further, FIG. 26 was swept out, and the resistance value when the length was 0, that is, the Y intercept in FIG. 26 was read. As a result, the contact resistance was 0.0020Ω. When the contact resistance per unit area of the sample was determined from this value, it was 1.2 × 10 −2 Ωcm −2 .

図27は、実施例4によるBiTe2.85Se0.15ブロックの電気伝導度の断面積依存性を示す図である。 FIG. 27 is a diagram illustrating the cross-sectional area dependency of the electrical conductivity of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block according to Example 4.

図26で得られた接触抵抗を関係式σ=L/{(R−R接触抵抗)A}に適用し、BiTe2.85Se0.15ブロックの電気伝導度の断面積依存性を調べた。図27によれば、BiTe2.85Se0.15ブロックの電気伝導度は、断面積依存性を示さず、一定となることが分かった。 The contact resistance obtained in FIG. 26 is applied to the relational expression σ = L / {(RR contact resistance ) A}, and the dependence of the electric conductivity of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block on the cross-sectional area is expressed. Examined. According to FIG. 27, it was found that the electrical conductivity of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block does not show the cross-sectional area dependence and is constant.

以上の図26および図27から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図10および図11の方法を行うことにより、試料の内部抵抗および接触抵抗を算出でき、さらには電気伝導度を算出できることが示された。   26 and 27, the internal resistance and contact resistance of the sample can be calculated by performing the method of FIGS. 10 and 11 using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus having the sample stage of FIG. It was shown that the conductivity can be calculated.

図28は、実施例5によるBiTeナノワイヤアレイのIV曲線を示す図である。
図29は、比較例6によるBiTeナノワイヤアレイのIV曲線を示す図である。
28 is a diagram showing an IV curve of a Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 5. FIG.
29 is a diagram showing an IV curve of a Bi 2 Te 3 nanowire array according to Comparative Example 6. FIG.

図28(A)は、実施例5で用いた熱電特性評価装置の模式図であり、図9に示す熱電特性評価装置900と同様である。図29(A)は、比較例6で用いた2端子法による熱電特性評価装置の模式図であり、実施例5のそれとは、電源の接続様態が異なっていることが分かる。   FIG. 28A is a schematic diagram of the thermoelectric characteristic evaluation apparatus used in Example 5, which is the same as the thermoelectric characteristic evaluation apparatus 900 shown in FIG. FIG. 29A is a schematic diagram of a thermoelectric property evaluation apparatus based on the two-terminal method used in Comparative Example 6. It can be seen that the connection state of the power source is different from that of Example 5. FIG.

図28(B)および図29(B)によれば、いずれも、BiTeナノワイヤアレイのIV曲線は、電圧と電流とが直線的な関係を示しており、良好なオーミック接触が形成されたことが分かる。しかしながら、より詳細に内部抵抗および電気伝導度を調べると、これらの結果は大きく異なっていることが分かった。 According to both FIG. 28B and FIG. 29B, the IV curve of the Bi 2 Te 3 nanowire array shows a linear relationship between voltage and current, and good ohmic contact is formed. I understand that. However, when examining the internal resistance and electrical conductivity in more detail, it was found that these results differed greatly.

図28(B)のIV曲線は、y=0.00038572+0.0025407x(R=0.99995)で表される。傾きがBiTeナノワイヤアレイの内部抵抗であり、0.0025Ωであった。一方、図29(B)のIV曲線は、y=1.1+4.2x(R=0.99994)で表される。傾きが用いた導線の抵抗を含んだBiTeナノワイヤアレイの内部抵抗であり、用いた導線の抵抗を補正して3.3Ωであった。いずれも、xは電流値であり、yは電圧値である。 The IV curve in FIG. 28B is represented by y = 0.00038572 + 0.0025407x (R = 0.99995). The slope is the internal resistance of the Bi 2 Te 3 nanowire array and was 0.0025Ω. On the other hand, the IV curve in FIG. 29B is represented by y = 1.1 + 4.2x (R = 0.99994). The slope is the internal resistance of the Bi 2 Te 3 nanowire array including the resistance of the used wire, which was 3.3Ω corrected for the resistance of the used wire. In both cases, x is a current value, and y is a voltage value.

BiTeナノワイヤアレイの接触抵抗を測定することは、厚さの制御ができないため困難である。したがって、実施例4で得られたBiTe2.85Se0.15ブロックの単位面積当たりの全接触抵抗(1.2×10−2Ωcm−2)を適用し、BiTeナノワイヤアレイの接触抵抗を算出した。その結果、図28(B)および図29(B)のBiTeナノワイヤアレイの接触抵抗は、それぞれ、5.8×10-5(Ω)および2.3×10−4(Ω)であった。図28(B)および図29(B)のBiTeナノワイヤアレイの接触抵抗は、それぞれ、BiTeナノワイヤアレイの内部抵抗の2.3%と0.0%とに相当することが分かった。BiTeナノワイヤアレイの内部抵抗とBiTeナノワイヤアレイの接触抵抗との差(R−R接触抵抗)はBiTeナノワイヤアレイの抵抗である。 Measuring the contact resistance of a Bi 2 Te 3 nanowire array is difficult because the thickness cannot be controlled. Therefore, the total contact resistance per unit area (1.2 × 10 −2 Ωcm −2 ) of the Bi 2 Te 2.85 Se 0.15 block obtained in Example 4 was applied, and a Bi 2 Te 3 nanowire array was applied. The contact resistance was calculated. As a result, the contact resistances of the Bi 2 Te 3 nanowire arrays in FIGS. 28B and 29B were 5.8 × 10 −5 (Ω) and 2.3 × 10 −4 (Ω), respectively. there were. The contact resistance of the Bi 2 Te 3 nanowire array of FIGS. 28B and 29B corresponds to 2.3% and 0.0% of the internal resistance of the Bi 2 Te 3 nanowire array, respectively. I understood. Bi 2 Te 3 the difference between the contact resistance of the internal resistance and Bi 2 Te 3 nanowire array of nanowire arrays (R-R contact resistance) is the resistance of the Bi 2 Te 3 nanowire array.

次に、関係式σ={L}/{(R−R接触抵抗)A}に、それぞれ算出した内部抵抗および図26で得られた接触抵抗を適用し、BiTeナノワイヤアレイの電気伝導度を求めた。ここで、図28(B)および図29(B)のBiTeナノワイヤアレイのLは、それぞれ、50μmと60μmとであり、Aはそれぞれ、0.01cmと0.04cmとであった。この結果、実施例5のBiTeナノワイヤアレイの電気伝導度および比較例6のBiTeナノワイヤアレイのそれは、それぞれ、156S/cmおよび0.4S/cmであった。同じ試料に対して、異なる電気伝導度が得られた理由を説明する。 Next, the calculated internal resistance and the contact resistance obtained in FIG. 26 are applied to the relational expression σ = {L} / {(RR contact resistance ) A}, respectively, and the electric conduction of the Bi 2 Te 3 nanowire array. I asked for a degree. Here, L of Bi 2 Te 3 nanowire array of FIG. 28 (B) and FIG. 29 (B) are each in the 50μm and 60 [mu] m, A, respectively, met 0.01 cm 2 and 0.04 cm 2 It was. As a result, it's Bi 2 Te 3 nanowire array of Bi 2 Te 3 nanowire electrical conductivity and Comparative Example 6 of the array of Example 5, respectively, were 156S / cm and 0.4 S / cm. The reason why different electrical conductivities were obtained for the same sample will be described.

図30は、実施例5および比較例6による試料中を流れる電流の様子を示す図である。   FIG. 30 is a diagram illustrating a state of current flowing through the sample according to Example 5 and Comparative Example 6.

図30(A)は、実施例5による試料中を流れる電流Iの様子を示し、図30(B)は、比較例6による試料中を流れる電流Iの様子を示す。図30(A)に示されるように、本発明の熱電特性評価装置を用いた場合、電源が第1の熱電対および第2の熱電対に直接接続されていないので、試料全体に均一に電流が広がり流れている。一方、図30(B)に示されるように、2端子法による熱電特性評価装置を用いた場合、電源が第1の熱電対および第2の熱電対に直接接続されているので、試料の一部に集中して電流が流れている。このことから、実施例5で得られた電気伝導度は、比較例6で得られた電気伝導度よりも極めて精度がよいことが分かる。   FIG. 30A shows the state of the current I flowing through the sample according to Example 5, and FIG. 30B shows the state of the current I flowing through the sample according to Comparative Example 6. As shown in FIG. 30 (A), when the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention is used, the power source is not directly connected to the first thermocouple and the second thermocouple, so that the current is uniformly distributed over the entire sample. Is spreading and flowing. On the other hand, as shown in FIG. 30B, when the thermoelectric property evaluation apparatus using the two-terminal method is used, the power source is directly connected to the first thermocouple and the second thermocouple. Current is concentrated in the area. From this, it can be seen that the electrical conductivity obtained in Example 5 is much more accurate than the electrical conductivity obtained in Comparative Example 6.

以上の図28〜図30から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図10および図11の方法を行うことにより、試料の内部抵抗および接触抵抗を算出でき、さらには電気伝導度を高精度に算出できることが示された。とりわけ、通常の2端子法とは異なる本発明の熱電特性評価装置は、熱電特性を評価するに好適であることが分かった。   From the above FIG. 28 to FIG. 30, by using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus having the sample stage of FIG. 1 and performing the method of FIG. 10 and FIG. 11, the internal resistance and contact resistance of the sample can be calculated. It was shown that the conductivity can be calculated with high accuracy. In particular, it has been found that the thermoelectric property evaluation apparatus of the present invention, which is different from the usual two-terminal method, is suitable for evaluating thermoelectric properties.

実施例5のBiTeナノワイヤアレイを走査型電子顕微鏡で観察した結果、BiTeナノワイヤアレイにおけるBiTeナノワイヤ密度は48%であった。このことから、BiTeナノワイヤアレイ中のBiTeナノワイヤ1本の平均電気伝導度は、325S/cmと算出された。同様に、BiTeナノワイヤアレイはナノワイヤが並列に並んだ状態にあるので、実施例3で得られたBiTeナノワイヤアレイの室温における絶対ゼーベック係数(−50μV/K)はBiTeナノワイヤ1本の平均絶対ゼーベック係数といえる。これらの電気伝導度および絶対ゼーベック係数からBiTeナノワイヤアレイおよびBiTeナノワイヤの出力因子(Sσ)を算出したところ、それぞれ、39μW/mKおよび81μW/mKであった。 Result of observation of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 5 with a scanning electron microscope, Bi 2 Te 3 nanowire density of Bi 2 Te 3 nanowire array was 48%. Therefore, Bi 2 Te 3 nanowires one average electrical conductivity in Bi 2 Te 3 nanowire arrays were calculated to 325S / cm. Similarly, since the Bi 2 Te 3 nanowire array has nanowires arranged in parallel, the absolute Seebeck coefficient (−50 μV / K) at room temperature of the Bi 2 Te 3 nanowire array obtained in Example 3 is Bi 2 Te. It can be said that it is an average absolute Seebeck coefficient of one 3 nanowire. The output factors (S 2 σ) of the Bi 2 Te 3 nanowire array and Bi 2 Te 3 nanowire were calculated from these electrical conductivities and absolute Seebeck coefficients, which were 39 μW / mK 2 and 81 μW / mK 2 , respectively.

[実施例7]
実施例7では、本発明の試料台を用いて、試料としてBiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数および開回路電圧を評価した。BiTeナノワイヤアレイの厚さおよび大きさ(面積)は、それぞれ、50μmおよび0.04cmであった。BiTeナノワイヤアレイは、次のようにして作製された。直径200nmのナノホールを有するポーラス酸化アルミニウム(Watman(登録商標))をテンプレートとして用い、テンプレートのナノホール中へのBiTeの成長には、電気化学蒸着を用いた。BiTeの電着メカニズムは酸性溶液中で起きる以下の化学反応による。
3HTeO +2Bi3++18e+9H→BiTe(s)+6H
電気化学蒸着時間が実施例3のBiTeナノワイヤアレイの作製プロセスと異なる。
[Example 7]
In Example 7, the absolute Seebeck coefficient and the open circuit voltage of a Bi 2 Te 3 nanowire array were evaluated as samples using the sample stage of the present invention. The thickness and size (area) of the Bi 2 Te 3 nanowire array were 50 μm and 0.04 cm 2 , respectively. A Bi 2 Te 3 nanowire array was fabricated as follows. Porous aluminum oxide (Watman®) having nanoholes with a diameter of 200 nm was used as a template, and electrochemical deposition was used for the growth of Bi 2 Te 3 in the nanoholes of the template. The electrodeposition mechanism of Bi 2 Te 3 is due to the following chemical reaction that occurs in an acidic solution.
3HTeO 2 + + 2Bi 3+ + 18e + 9H + → Bi 2 Te 3 (s) + 6H 2 O
The electrochemical deposition time is different from the fabrication process of the Bi 2 Te 3 nanowire array of Example 3.

実施例3で用いた熱電特性評価装置を用い、図7のステップS610〜S640にしたがって、BiTeナノワイヤアレイの厚さ方向に対して、温度勾配を形成し、その際の温度差および電位差を測定し、絶対ゼーベック係数を求めた。これらのステップを、異なる温度勾配に対して2回繰り返した(図7のステップS710)。ここでは、第1のブロック側の温度を、室温(300K)、330K、367Kと変化させた。結果を図31に示す。測定雰囲気は、0.09MPaまで減圧したHeガス中であった。 Using the thermoelectric property evaluation apparatus used in Example 3, a temperature gradient is formed in the thickness direction of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to steps S610 to S640 of FIG. 7, and the temperature difference and potential difference at that time are formed. And the absolute Seebeck coefficient was determined. These steps were repeated twice for different temperature gradients (step S710 in FIG. 7). Here, the temperature on the first block side was changed to room temperature (300K), 330K, and 367K. The results are shown in FIG. The measurement atmosphere was in He gas decompressed to 0.09 MPa.

次に、図31で得られた絶対ゼーベック係数と温度との関係をKaleida Graphを用いてフィッティングした(図7のステップS720)。フィッティングで得られた式を温度範囲に定積分し、開回路電圧を算出した(図7のステップS730)。結果を図32に示す。   Next, the relationship between the absolute Seebeck coefficient obtained in FIG. 31 and the temperature was fitted using Kaleida Graph (step S720 in FIG. 7). The equation obtained by fitting was definitely integrated into the temperature range to calculate the open circuit voltage (step S730 in FIG. 7). The results are shown in FIG.

[比較例8]
比較例8では、試料としてBiTeナノワイヤアレイの開回路電圧を、無次元性能指数を用いて評価した。結果を後述する。
[Comparative Example 8]
In Comparative Example 8, the open circuit voltage of a Bi 2 Te 3 nanowire array as a sample was evaluated using a dimensionless figure of merit. The results will be described later.

図31は、実施例7によるBiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数と温度との関係を示す図である。 FIG. 31 is a graph showing the relationship between the absolute Seebeck coefficient and the temperature of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 7.

図31によれば、BiTeナノワイヤアレイの絶対ゼーベック係数の絶対値は、温度の増加に伴い、増大した。 According to FIG. 31, the absolute value of the absolute Seebeck coefficient of the Bi 2 Te 3 nanowire array increased with increasing temperature.

フィッティングにより得られた式を図31中に示す。この式をS(T)とする。S(T)を、次式に示すように、体温を想定した高温部308Kと外気温を想定した低温部298Kとの間で定積分した結果、この温度差における開回路電圧が606μVと算出された。 The formula obtained by the fitting is shown in FIG. Let this equation be S (T) . As shown in the following equation, S (T) is definitely integrated between the high temperature part 308K assuming the body temperature and the low temperature part 298K assuming the outside air temperature. As a result, the open circuit voltage at this temperature difference is calculated as 606 μV. It was.

一方、比較例8によれば、熱電材料の特性評価の指標として用いられている無次元性能指数ZTに基づく熱電特性の温度依存性がないと近似した評価である、高温部温度におけるゼーベック係数SHOTと温度差ΔTとの積である開回路電圧は630μVと算出された。 On the other hand, according to Comparative Example 8, the Seebeck coefficient S at the high-temperature part temperature is an evaluation that approximates the absence of temperature dependence of the thermoelectric characteristics based on the dimensionless figure of merit ZT used as an index for evaluating the characteristics of the thermoelectric material. The open circuit voltage, which is the product of HOT and the temperature difference ΔT, was calculated to be 630 μV.

実施例7によるフィッティングを用いた本発明による開回路電圧の算出法
298 308dT=606μV
比較例8による温度依存性を近似した開回路電圧の算出法
308ΔT=630μV
Calculation ∫ 298 of the open circuit voltage according to the present invention using a fitting according to Example 7 308 S T dT = 606μV
Calculation method of open circuit voltage approximating temperature dependence according to comparative example 8 S 308 ΔT = 630 μV

実施例7および比較例8で得られた開回路電圧は、3.8%の違いを示した。この差は、最大出力時7.5%の違いに相当することが分かった。   The open circuit voltages obtained in Example 7 and Comparative Example 8 showed a difference of 3.8%. This difference was found to correspond to a difference of 7.5% at maximum output.

図32は、実施例7および比較例8によるBiTeナノワイヤアレイの開回路電圧の温度依存性を示す図である。 FIG. 32 is a diagram showing the temperature dependence of the open circuit voltage of the Bi 2 Te 3 nanowire array according to Example 7 and Comparative Example 8.

図32において、●は実施例7によるフィッティングを用いた算出結果であり、□は比較例8による温度依存性を近似した算出結果である。図32では、低温部を300Kに固定し、高温部変化させた場合の開回路電圧を示す。図32によれば、温度差が大きくなるほど、すなわち、高温部がより高温になるほど、実施例7によるフィッティングを用いた開回路電圧の値と、比較例8による温度依存性を近似した開回路電圧の値との差異は、大きくなった。これは、実施例7によるフィッティングを用いた開回路電圧の算出法では、図31に示すゼーベック係数の温度依存性を考慮しているが、比較例8による温度依存性を近似した開回路電圧の算出法では、ゼーベック係数の温度依存性を考慮していないためである。   In FIG. 32, ● represents the calculation result using the fitting according to Example 7, and □ represents the calculation result obtained by approximating the temperature dependence according to Comparative Example 8. FIG. 32 shows the open circuit voltage when the low temperature part is fixed at 300 K and the high temperature part is changed. According to FIG. 32, the larger the temperature difference, that is, the higher the temperature of the high temperature part, the more the open circuit voltage using the fitting according to Example 7 and the open circuit voltage approximating the temperature dependence according to Comparative Example 8. The difference from the value of became larger. This is because the open circuit voltage calculation method using fitting according to Example 7 considers the temperature dependence of the Seebeck coefficient shown in FIG. 31, but the open circuit voltage approximated to the temperature dependence according to Comparative Example 8 is considered. This is because the calculation method does not consider the temperature dependence of the Seebeck coefficient.

以上の図31および図32から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図7の方法を行うことにより、試料の開回路電圧を高精度に算出できることが示された。とりわけ、本発明の図7の方法は、既存の無次元性能指数ZTを用いた評価よりも高精度であることが示された。   FIG. 31 and FIG. 32 show that the open circuit voltage of the sample can be calculated with high accuracy by performing the method of FIG. 7 using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus having the sample stage of FIG. In particular, the method of FIG. 7 of the present invention was shown to be more accurate than the evaluation using the existing dimensionless figure of merit ZT.

[実施例9]
実施例9では、本発明の試料台を用いて試料としてNiプレートの開回路電圧を評価した。Niプレートは、実施例2の試料と同じであった。実施例4で用いた熱電特性評価装置に加えて、温度勾配手をさらに備える熱電特性評価装置を用いた。詳細には、第1のブロック130aおよび第2のブロック130bにそれぞれ設置された電流端子910a、910b上に温度勾配手段310a、310bとしてペルチェヒータ/クーラ(Kelk製)が設けられた。このような構成は、図13を参照して説明した熱電特性評価装置1300と同様である。なお、測定雰囲気は、大気中であった。
[Example 9]
In Example 9, the open circuit voltage of the Ni plate as a sample was evaluated using the sample stage of the present invention. The Ni plate was the same as the sample of Example 2. In addition to the thermoelectric characteristic evaluation apparatus used in Example 4, a thermoelectric characteristic evaluation apparatus further including a temperature gradient hand was used. Specifically, a Peltier heater / cooler (manufactured by Kelk) was provided as temperature gradient means 310a, 310b on current terminals 910a, 910b respectively installed in the first block 130a and the second block 130b. Such a configuration is the same as that of the thermoelectric property evaluation apparatus 1300 described with reference to FIG. The measurement atmosphere was in the air.

具体的には、第1のブロック側を高温側とし、第2のブロック側を低温側とし、(高温側(K)、低温側(K))の温度が、それぞれ、条件1(297.46,296.40)、条件2(304.26,301.96)、条件3(315.44,311.90)および条件4(333.21,328.56)となるように設定し、各温度において、IV曲線を測定し、出力を求めた。結果を図33に示す。   Specifically, the first block side is the high temperature side, the second block side is the low temperature side, and the temperatures of (high temperature side (K) and low temperature side (K)) are the conditions 1 (297.46), respectively. , 296.40), condition 2 (304.26, 301.96), condition 3 (315.44, 31.11.90) and condition 4 (333.21, 328.56). The IV curve was measured and the output was determined. The results are shown in FIG.

図33は、実施例9によるNiプレートの各温度差におけるIV曲線および出力曲線を示す図である。   FIG. 33 is a diagram showing an IV curve and an output curve at each temperature difference of the Ni plate according to Example 9.

出力は、IV曲線を用いて算出された。図33によれば、NiプレートのIV曲線および出力曲線は、いずれも、温度差の増加に伴い増大した。次に、実施例7と同様に、絶対ゼーベック係数と温度との関係(図示せず)をKaleida Graphを用いてフィッティングし、得られた温度依存性の式S(T)を用いて、各条件における開回路電圧を算出した。結果を表4にまとめる。 The output was calculated using an IV curve. According to FIG. 33, both the IV curve and the output curve of the Ni plate increased as the temperature difference increased. Next, in the same manner as in Example 7, the relationship between the absolute Seebeck coefficient and temperature (not shown) was fitted using Kaleida Graph, and the obtained temperature dependence equation S (T) was used for each condition. The open circuit voltage at was calculated. The results are summarized in Table 4.

表4には、参考のため、比較例8と同様に、温度依存性を近似して開回路電圧を算出した結果(ShotΔT(μV))を併せて示す。さらに、表4には、図33に基づいて、各条件における電流値が0の場合の電位差(開回路電圧の実測値)を併せて示す。 Table 4, for reference, in the same manner as in Comparative Example 8 also shows the results of calculating the open circuit voltage is approximated the temperature dependence of (S hot ΔT (μV)) . Further, Table 4 also shows the potential difference (actual value of the open circuit voltage) when the current value under each condition is 0, based on FIG.

表4によれば、フィッティングを用いた開回路電圧の値(∫Tcold Thot(T)dt(μV))は、温度依存性を近似した開回路電圧のそれと比べて、いずれも、小さかった。また、開回路電圧の実測値は、フィッティングを用いた開回路電圧および温度依存性を近似した開回路電圧のいずれよりも小さかったが、フィッティングを用いた開回路電圧の値により近いことが分かった。 According to Table 4, the value of the open circuit voltage using fitting ( ∫Tcold Shot S (T) dt (μV)) was smaller than that of the open circuit voltage approximating the temperature dependence. The measured value of the open circuit voltage was smaller than both the open circuit voltage using the fitting and the open circuit voltage approximating the temperature dependence, but it was found to be closer to the value of the open circuit voltage using the fitting. .

以上の図33および表4から、図1の試料台を備えた熱電特性評価装置を用い、図7の方法を行うことにより、試料の開回路電圧を高精度に算出できることが示された。とりわけ、本発明の図7の方法は、既存の無次元性能指数ZTを用いた評価よりも高精度であることが示された。   From the above FIG. 33 and Table 4, it was shown that the open circuit voltage of the sample can be calculated with high accuracy by performing the method of FIG. 7 using the thermoelectric characteristic evaluation apparatus provided with the sample stage of FIG. In particular, the method of FIG. 7 of the present invention was shown to be more accurate than the evaluation using the existing dimensionless figure of merit ZT.

[実施例10]
実施例10では、本発明の試料台を用いて試料としてBiTeナノワイヤアレイの有効最大出力Pmaxおよび最大出力密度Pを評価した。BiTeナノワイヤアレイは、実施例5の試料と同じであった。用いた熱電特性評価装置は、実施例9で用いたそれと同じであった。
[Example 10]
In Example 10, it was evaluated effective maximum output P max and a maximum power density P A of Bi 2 Te 3 nanowire array as a sample by using a sample stage of the present invention. The Bi 2 Te 3 nanowire array was the same as the sample of Example 5. The thermoelectric property evaluation apparatus used was the same as that used in Example 9.

具体的には、試料を、その厚さ方向に第1のブロックと第2のブロックとで挟持し、試料に電流を印加した(図14のステップS1010)。試料の電位差を測定した(図14のステップS1020)。これらを繰り返した(図14のステップS1030)。これらを各長さの試料について行い、電流値および電位差から抵抗を算出した(図14のステップS1040)。なお、ここでまでの操作は実施例5と同様であり、内部抵抗Rは、0.0025Ωであった。   Specifically, the sample was sandwiched between the first block and the second block in the thickness direction, and current was applied to the sample (step S1010 in FIG. 14). The potential difference of the sample was measured (Step S1020 in FIG. 14). These were repeated (step S1030 in FIG. 14). These were performed on samples of each length, and the resistance was calculated from the current value and the potential difference (step S1040 in FIG. 14). The operations up to here were the same as in Example 5, and the internal resistance R was 0.0025Ω.

次に、試料に温度勾配を形成した(図14のステップS1410)。温度勾配は、第1のブロック側を高温側(24.70℃、297.85K)とし、第2のブロック側を低温側(23.31℃、296.46K)とし、1.39℃(1.39K)の温度勾配を形成した。次いで、試料間の電位差を測定した(図14のステップS1420)。ここで得られる電位差は、開回路電圧に相当し、−75μVであった。有効最大出力Pmaxを次式にしたがって算出した。 Next, a temperature gradient was formed on the sample (step S1410 in FIG. 14). The temperature gradient is such that the first block side is the high temperature side (24.70 ° C., 297.85 K), the second block side is the low temperature side (23.31 ° C., 296.46 K), and 1.39 ° C. (1 .39K) temperature gradient was formed. Next, the potential difference between the samples was measured (step S1420 in FIG. 14). The potential difference obtained here corresponds to an open circuit voltage and was −75 μV. The effective maximum output Pmax was calculated according to the following equation.

max={(ΔE)×L}/{4×R×A}
ここで、開回路電圧ΔE(μV)として−75μV、試料の長さL(cm)として0.005cm、内部抵抗R(Ω)として0.0025Ω、試料の断面積A(cm)として0.01cmを代入したところ、Pmax=0.028μW/cmとなった。
P max = {(ΔE) 2 × L} / {4 × R × A}
Here, the open circuit voltage ΔE (μV) is −75 μV, the sample length L (cm) is 0.005 cm, the internal resistance R (Ω) is 0.0025Ω, and the sample cross-sectional area A (cm 2 ) is 0. When 01 cm 2 was substituted, P max = 0.028 μW / cm was obtained.

次に、このBiTeナノワイヤアレイからなり、BiTeナノワイヤアレイの充填率が80%であるモジュールを想定し、最大出力密度Pを次式にしたがって算出した。 Next, consists the Bi 2 Te 3 nanowire array, the filling factor of Bi 2 Te 3 nanowire array assumes module is 80%, was calculated the maximum output density P A according to the following equation.

={(Pmax(n)+Pmax(p))×a}/(2×L)
ここで、n型熱電材料の有効最大出力Pmax(n)として0.028μW/cm、p型熱電材料の有効最大出力Pmax(p)として0(本実施例では想定していない)、充填率a(%)として80%、試料の長さL(cm)として0.005cmを代入したところ、P=22μW/cmとなった。
P A = {(P max (n) + P max (p) ) × a} / (2 × L)
Here, the effective maximum output P max (n) of the n-type thermoelectric material is 0.028 μW / cm, the effective maximum output P max (p) of the p-type thermoelectric material is 0 (not assumed in this embodiment), filling When 80% was substituted as the rate a (%) and 0.005 cm was substituted as the length L (cm) of the sample, P A = 22 μW / cm 2 was obtained.

本発明の試料台を用いて試料の熱電特性を評価すれば、試料のサイズに係わらず、熱電特性を高精度に求めることができるので、熱電特性評価装置およびその評価方法に好適である。また、本発明の試料台を用いれば、試料に対する電極の評価もできるので有利である。本発明の熱電特性評価方法は、材料研究分野で用いられる性能指数の因子である、電気伝導度とゼーベック係数のみならず、システム化研究で用いられる出力の評価が可能であり、材料研究からシステム化および工業化に用いる総合評価方法として利用可能である。   If the thermoelectric characteristics of the sample are evaluated using the sample stage of the present invention, the thermoelectric characteristics can be obtained with high accuracy regardless of the size of the sample, which is suitable for the thermoelectric characteristic evaluation apparatus and its evaluation method. In addition, the use of the sample stage of the present invention is advantageous because the electrode for the sample can be evaluated. The thermoelectric property evaluation method of the present invention can evaluate not only the electrical conductivity and Seebeck coefficient, which are factors of the figure of merit used in the material research field, but also the output used in the systematization research. It can be used as a comprehensive evaluation method used for industrialization and industrialization.

Claims (29)

試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための試料台であって、
先端以外が絶縁された第1の熱電対が埋め込まれた第1のブロックと、
先端以外が絶縁された第2の熱電対が埋め込まれた第2のブロックと
を備え、
前記第1のブロックと前記第2のブロックとは、前記第1の熱電対および前記第2の熱電対のそれぞれの前記先端が前記試料と接触するよう、前記試料を挟持し、
前記第1の熱電対と前記試料とが接する領域以外の前記第1の熱電対と前記第1のブロックとの間の空間、ならびに、前記第2の熱電対と前記試料とが接する領域以外の前記第2の熱電対と前記第2のブロックとの間の空間は、導電性を有する材料で充填されており、
前記第1の熱電対は、電圧計に接続されるよう、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出ており、
前記第2の熱電対は、前記電圧計に接続されるよう、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出ている、試料台。
A sample stage for sandwiching a sample and evaluating the thermoelectric characteristics of the sample,
A first block embedded with a first thermocouple that is insulated except for the tip;
A second block embedded with a second thermocouple insulated except for the tip, and
The first block and the second block sandwich the sample such that the tips of the first thermocouple and the second thermocouple are in contact with the sample,
The space between the first thermocouple and the first block other than the region where the first thermocouple and the sample are in contact, and the region other than the region where the second thermocouple and the sample are in contact with each other A space between the second thermocouple and the second block is filled with a conductive material;
The first thermocouple goes out from the planar end of the first block to be connected to a voltmeter,
The sample stage, wherein the second thermocouple is exposed to the outside from an end in a planar direction of the second block so as to be connected to the voltmeter.
前記材料は、室温における絶対ゼーベック係数の絶対値が0μV/K以上20μV/K以下を満たす、請求項1に記載の試料台。   2. The sample stage according to claim 1, wherein the material satisfies an absolute value of an absolute Seebeck coefficient at room temperature of 0 μV / K or more and 20 μV / K or less. 前記材料は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される、請求項2に記載の試料台。   The material is Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn, and at least one of them. The sample stage according to claim 2, wherein the sample stage is selected from the group consisting of containing alloys. 前記材料は、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物である、請求項2に記載の試料台。   The material is at least one selected from the group consisting of Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, and Zn. The sample stage according to claim 2, which is an intermetallic compound containing a metal. 前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなる、請求項1に記載の試料台。   2. The sample stage according to claim 1, wherein the first block and the second block are made of a thermally conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature. 前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、W、Zn、および、少なくともこれらのいずれかを含む合金からなる群から選択される、請求項5に記載の試料台。   The first block and the second block are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, Zn The sample stage according to claim 5, wherein the sample stage is selected from the group consisting of an alloy containing at least one of these. 前記第1のブロックおよび前記第2のブロックは、Au、Al、Ag、Co、Cr、Cu、Fe、In、Ir、Mg、Mo、Ni、Pd、Pt、Ru、Su、Ti、WおよびZnからなる群から少なくとも1つ選択される金属を含有する金属間化合物である、請求項5に記載の試料台。   The first block and the second block are Au, Al, Ag, Co, Cr, Cu, Fe, In, Ir, Mg, Mo, Ni, Pd, Pt, Ru, Su, Ti, W, and Zn. The sample stage according to claim 5, which is an intermetallic compound containing at least one metal selected from the group consisting of: 前記第1の熱電対および前記第2の熱電対は、電極が付与された試料と接する、請求項1に記載の試料台。   The sample stage according to claim 1, wherein the first thermocouple and the second thermocouple are in contact with a sample provided with an electrode. 前記電極の厚さは、400nm以上である、請求項8に記載の試料台。   The sample stage according to claim 8, wherein the electrode has a thickness of 400 nm or more. 外部ヒータに収容される、請求項1に記載の試料台。   The sample stage according to claim 1, which is accommodated in an external heater. 試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための試料台と、
前記試料に温度勾配を形成する温度勾配手段と、
前記試料間の電位差を測定する電圧計と
を備え、
前記試料台は、請求項1〜10のいずれかに記載の試料台であり、
前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されている、熱電特性評価装置。
A sample stage for sandwiching the sample and evaluating the thermoelectric properties of the sample;
A temperature gradient means for forming a temperature gradient in the sample;
A voltmeter for measuring a potential difference between the samples,
The sample stage is the sample stage according to any one of claims 1 to 10,
The voltmeter includes the first thermocouple that exits from the planar end of the first block to the outside, and the second thermoelectric that exits externally from the planar end of the second block. Thermoelectric property evaluation device connected to a pair.
前記温度勾配手段は、前記第1のブロックの前記試料と接する側と対向する側に設けられた加熱装置と、前記第2のブロックの前記試料と接する側と対向する側に設けられた冷却装置とを備える、請求項11に記載の熱電特性評価装置。   The temperature gradient means includes a heating device provided on a side facing the sample of the first block, and a cooling device provided on a side facing the sample of the second block. The thermoelectric property evaluation apparatus according to claim 11, comprising: 前記試料および前記電圧計からなる電圧測定回路の開閉を行う開閉器をさらに備える、請求項11に記載の熱電特性評価装置。   The thermoelectric characteristic evaluation apparatus according to claim 11, further comprising a switch that opens and closes a voltage measurement circuit including the sample and the voltmeter. 前記試料に電流を印加する電源をさらに備え、
前記電源は、前記第1のブロック、および、前記第2のブロックにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子を介して接続される、請求項12に記載の熱電特性評価装置。
A power source for applying a current to the sample;
The thermoelectric characteristic evaluation apparatus according to claim 12, wherein the power source is connected via a current terminal formed of a conductive wire wound around the first block and the second block.
前記試料に電流を印加する電源をさらに備え、
前記電源は、前記第1のブロックと前記加熱装置との間、および、前記第2のブロックと前記冷却装置との間にそれぞれ設置された電流端子を介して接続される、請求項12に記載の熱電特性評価装置。
A power source for applying a current to the sample;
The said power supply is connected via the current terminal respectively installed between the said 1st block and the said heating apparatus, and between the said 2nd block and the said cooling device. Thermoelectric property evaluation equipment.
前記電流端子は、導線が巻き付けられたブロックからなり、
前記ブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなる、請求項15に記載の熱電特性評価装置。
The current terminal comprises a block around which a conductive wire is wound,
The thermoelectric property evaluation apparatus according to claim 15, wherein the block is made of a heat conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature.
試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための試料台と、
前記試料間の電位差を測定する電圧計と、
前記試料に電流を印加する電源と
を備え、
前記試料台は、請求項1〜10のいずれかに記載の試料台であり、
前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されており、
前記電源は、前記第1のブロック、および、前記第2のブロックにそれぞれ巻き付けられた導線からなる電流端子を介して接続される、熱電特性評価装置。
A sample stage for sandwiching the sample and evaluating the thermoelectric properties of the sample;
A voltmeter for measuring a potential difference between the samples;
A power source for applying a current to the sample,
The sample stage is the sample stage according to any one of claims 1 to 10,
The voltmeter includes the first thermocouple that exits from the planar end of the first block to the outside, and the second thermoelectric that exits externally from the planar end of the second block. Connected to the pair,
The thermoelectric property evaluation apparatus, wherein the power source is connected via current terminals made of conductive wires wound around the first block and the second block, respectively.
試料を挟持し、前記試料の熱電特性を評価するための試料台と、
前記試料間の電位差を測定する電圧計と、
前記試料に電流を印加する電源と
を備え、
前記試料台は、請求項1〜10のいずれかに記載の試料台であり、
前記電圧計は、前記第1のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第1の熱電対と、前記第2のブロックの平面方向の端部から外部へ出た前記第2の熱電対とに接続されており、
前記電源は、前記第1のブロックの前記試料と接する側と対向する側、および、前記第2のブロックの前記試料と接する側と対向する側にそれぞれ設置された電流端子を介して接続される、熱電特性評価装置。
A sample stage for sandwiching the sample and evaluating the thermoelectric properties of the sample;
A voltmeter for measuring a potential difference between the samples;
A power source for applying a current to the sample,
The sample stage is the sample stage according to any one of claims 1 to 10,
The voltmeter includes the first thermocouple that exits from the planar end of the first block to the outside, and the second thermoelectric that exits externally from the planar end of the second block. Connected to the pair,
The power source is connected via current terminals provided on the side of the first block facing the sample and the side of the second block facing the sample and the side of the second block facing the sample. Thermoelectric property evaluation device.
前記電流端子は、導線が巻き付けられたブロックからなり、
前記ブロックは、室温における熱伝導率が65W/(m・K)以上である熱伝導材料からなる、請求項18に記載の熱電特性評価装置。
The current terminal comprises a block around which a conductive wire is wound,
The thermoelectric property evaluation apparatus according to claim 18, wherein the block is made of a heat conductive material having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more at room temperature.
請求項1〜10のいずれかに記載の試料台を用いて、試料の熱電特性を評価する方法であって、
電極が付与された試料を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に温度勾配を形成するステップと、
前記形成された温度勾配によって発生する前記試料間の電位差および温度差を測定するステップと、
前記温度勾配を形成するステップと、前記電位差および温度差を測定するステップとを繰り返すステップと、
次式に基づいて絶対ゼーベック係数を算出するステップと
S=∇E/∇T+S熱電対(ここで、S(μV/K)は、絶対ゼーベック係数であり、∇T(K)および∇E(μV)は、それぞれ、前記繰り返すステップによって得られた前記試料間の温度差の変化および電位差の変化であり、S熱電対(μV/K)は、前記第1の熱電対および前記第2の熱電対を構成する材料のゼーベック係数である)
を包含する、方法。
A method for evaluating thermoelectric properties of a sample using the sample stage according to any one of claims 1 to 10,
Sandwiching a sample provided with an electrode between the first block and the second block to form a temperature gradient in the sample;
Measuring a potential difference and a temperature difference between the samples generated by the formed temperature gradient;
Repeating the steps of forming the temperature gradient and measuring the potential difference and the temperature difference;
Calculating an absolute Seebeck coefficient based on the following equation: S = と E / ∇T + S thermocouple (where S (μV / K) is the absolute Seebeck coefficient, and ∇T (K) and ∇E (μV ) Are a change in temperature difference and a change in potential difference between the samples obtained by the repeating step, respectively, and the S thermocouple (μV / K) is the first thermocouple and the second thermocouple. Is the Seebeck coefficient of the material comprising
Including the method.
前記温度勾配を形成するステップ、および、前記電位差および温度差を測定するステップは、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行う、請求項20に記載の方法。   The method according to claim 20, wherein the step of forming the temperature gradient and the step of measuring the potential difference and the temperature difference are performed in air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere. 前記温度勾配を形成するステップ、前記電位差を測定するステップ、前記繰り返すステップ、および、前記絶対ゼーベック係数を算出するステップを異なる温度に対して少なくとも2以上繰り返すステップと、
前記2以上繰り返すステップによって得られた絶対ゼーベック係数を温度に対してプロットし、フィッティングするステップと、
前記フィッティングによって得られた絶対ゼーベック係数の温度依存性の式を、測定された温度範囲について定積分し、開回路電圧を算出するステップと
をさらに包含する、請求項20に記載の方法。
Forming the temperature gradient, measuring the potential difference, repeating the step, and calculating the absolute Seebeck coefficient at least two times for different temperatures; and
Plotting and fitting the absolute Seebeck coefficient obtained by repeating two or more steps against temperature;
21. The method of claim 20, further comprising: integrating the temperature dependence expression of the absolute Seebeck coefficient obtained by the fitting over the measured temperature range to calculate an open circuit voltage.
請求項1〜10のいずれかに記載の試料台を用いて、試料の熱電特性を評価する方法であって、
電極が付与された試料を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に電流を印加するステップと、
前記電流が印加された試料間の電位差を測定するステップと、
前記電流を印加するステップおよび前記電位差を測定するステップを繰り返すステップと、
次式に基づいて前記試料の内部抵抗を算出するステップと
R=∇V/∇I(ここで、Rは、前記試料の内部抵抗であり、∇I(A)は、前記繰り返すステップで得られた電流値の変化であり、∇Vは、前記繰り返すステップで得られた前記試料間の電位差の変化である。)
を包含する、方法。
A method for evaluating thermoelectric properties of a sample using the sample stage according to any one of claims 1 to 10,
Sandwiching a sample provided with an electrode between the first block and the second block, and applying a current to the sample;
Measuring a potential difference between samples to which the current is applied;
Repeating the steps of applying the current and measuring the potential difference;
Calculating the internal resistance of the sample based on the following formula: R = ∇V / ∇I (where R is the internal resistance of the sample and ∇I (A) is obtained in the repeating step. And 電流 V is a change in potential difference between the samples obtained in the repeating step.)
Including the method.
前記電流を印加するステップおよび電位差を測定するステップは、大気中、酸素中、真空中、不活性ガス雰囲気または湿潤ガス雰囲気中で行う、請求項23に記載の方法。   The method according to claim 23, wherein the step of applying the current and the step of measuring the potential difference are performed in air, oxygen, vacuum, inert gas atmosphere or wet gas atmosphere. 次式に基づいて前記試料の電気伝導度を算出するステップ
σ=L/{(R−R接触抵抗)A}(ここで、σ(S/cm)は、前記試料の電気伝導度であり、L(cm)は、試料の長さであり、A(cm)は、試料の断面積であり、R(Ω)は、前記試料の内部抵抗であり、R接触抵抗(Ω)は、前記試料と前記電極との間の抵抗値、前記電極を構成する材料の抵抗値、前記電極と前記第1の熱電対との間の抵抗値、前記電極と前記第2の熱電対との間の抵抗値、ならびに、第1の熱電対および前記第2の熱電対を構成する材料の抵抗値の合計である)
をさらに包含する、請求項23または24のいずれかに記載の方法。
Step of calculating electric conductivity of the sample based on the following formula: σ = L / {(RR contact resistance ) A} (where σ (S / cm) is the electric conductivity of the sample, L (cm) is the length of the sample, A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample, R (Ω) is the internal resistance of the sample, and R contact resistance (Ω) is Resistance value between the sample and the electrode, resistance value of the material constituting the electrode, resistance value between the electrode and the first thermocouple, between the electrode and the second thermocouple Resistance value and the total resistance value of the materials constituting the first thermocouple and the second thermocouple)
25. A method according to any of claims 23 or 24, further comprising:
前記R接触抵抗(Ω)は、前記試料の長さ(ただし、試料の断面積は一定とする)に対する抵抗値の変化をプロットした際の、前記試料の長さが0の場合の抵抗値である、請求項25に記載の方法。 The R contact resistance (Ω) is a resistance value when the length of the sample is 0 when plotting a change in resistance value with respect to the length of the sample (provided that the cross-sectional area of the sample is constant). 26. The method of claim 25, wherein: 前記試料に温度勾配を形成するステップと、
前記形成された温度勾配によって発生する前記試料間の電位差を測定するステップと、
次式に基づいて前記試料の有効最大出力を算出するステップと
max={(ΔE)×L}/{4×R×A}(ここで、Pmaxは、前記試料の有効最大出力であり、ΔE(μV)は、前記電位差を測定するステップで得られた前記試料間の電位差であり、L(cm)は、前記試料の長さであり、R(Ω)は、前記試料の内部抵抗であり、A(cm)は、前記試料の断面積である)
をさらに包含する、請求項23または24のいずれかに記載の方法。
Forming a temperature gradient in the sample;
Measuring a potential difference between the samples generated by the formed temperature gradient;
Calculating the effective maximum output of the sample based on the following formula: P max = {(ΔE) 2 × L} / {4 × R × A} (where P max is the effective maximum output of the sample) ΔE (μV) is the potential difference between the samples obtained in the step of measuring the potential difference, L (cm) is the length of the sample, and R (Ω) is the inside of the sample Resistance, and A (cm 2 ) is the cross-sectional area of the sample)
25. A method according to any of claims 23 or 24, further comprising:
前記試料は、n型熱電材料および/またはp型熱電材料からなる1以上の素子を備えたモジュールであり、
次式に基づいて、前記試料の最大出力密度を算出するステップ
={(Pmax(n)+Pmax(p))×a}/(2×L)(ここで、Pは、前記試料の最大出力密度であり、Pmax(n)は、n型熱電材料の有効最大出力であり、Pmax(p)は、p型熱電材料の有効最大出力であり、a(%)は、前記モジュール中の前記n型熱電材料および/またはp型熱電材料の充填率であり、L(cm)は、前記n型熱電材料および/またはp型熱電材料の長さである)
をさらに包含する、請求項27に記載の方法。
The sample is a module including one or more elements made of an n-type thermoelectric material and / or a p-type thermoelectric material,
Step of calculating the maximum output density of the sample based on the following formula: P A = {(P max (n) + P max (p) ) × a} / (2 × L) (where P A is The maximum output density of the sample, P max (n) is the effective maximum output of the n-type thermoelectric material, P max (p) is the effective maximum output of the p-type thermoelectric material, and a (%) is The filling rate of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material in the module, and L (cm) is the length of the n-type thermoelectric material and / or p-type thermoelectric material)
28. The method of claim 27, further comprising:
請求項1〜10のいずれかに記載の試料台を用いて、熱電材料に使用する電極を評価する方法であって、
電極が付与された熱電材料からなる、異なる長さを有する試料(ただし、試料の断面積は一定とする)を前記第1のブロックと前記第2のブロックとで挟持し、前記試料に電流を印加するステップと、
前記電流が印加された試料間の電位差を測定するステップと、
前記電流を印加するステップおよび前記電位差を測定するステップを繰り返すステップと、
次式に基づいて前記試料の抵抗を算出するステップと、
R=∇V/∇I(ここで、Rは、前記試料の内部抵抗であり、∇I(A)は、前記繰り返すステップで得られた電流値の変化であり、∇Vは、前記繰り返すステップで得られた電位差の変化である。)
前記試料の長さに対して抵抗をプロットし、前記試料の長さが0の場合の抵抗を読み取るステップと
を包含する、方法。
A method for evaluating an electrode used for a thermoelectric material, using the sample stage according to claim 1,
A sample made of a thermoelectric material provided with an electrode and having different lengths (however, the cross-sectional area of the sample is constant) is sandwiched between the first block and the second block, and a current is passed through the sample. Applying, and
Measuring a potential difference between samples to which the current is applied;
Repeating the steps of applying the current and measuring the potential difference;
Calculating the resistance of the sample based on the following equation;
R = ∇V / ∇I (where R is the internal resistance of the sample, ∇I (A) is the change in current value obtained in the repeating step, and ∇V is the repeating step) (This is the change in the potential difference obtained in.)
Plotting resistance against the length of the sample and reading the resistance when the length of the sample is zero.
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