JP2018056161A - 熱電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、熱電変換装置は、第１積層体、第２積層体及び第１接続部を含む。前記第１積層体は、第１方向に並ぶ第１導電形の複数の第１半導体層を含む。前記第１積層体は、前記第１積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第１孔を有する。前記第２積層体は、前記第１方向に並ぶ第２導電形の複数の第２半導体層を含む。前記第１積層体から前記第２積層体に向かう方向は、前記第１方向と交差する。前記第２積層体は、前記第２積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第２孔を有する。前記第１接続部は、前記複数の第１半導体層の少なくとも１つと、前記複数の第２半導体層の少なくとも１つと、を電気的に接続する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、熱電変換装置に関する。

半導体を用いた熱電変換装置がある。熱電変換装置において、変換効率の向上が求められる。

特許第３７２４１３３号公報

本発明の実施形態は、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、熱電変換装置は、第１積層体、第２積層体及び第１接続部を含む。前記第１積層体は、第１方向に並ぶ第１導電形の複数の第１半導体層を含む。前記第１積層体は、前記第１積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第１孔を有する。前記第２積層体は、前記第１方向に並ぶ第２導電形の複数の第２半導体層を含む。前記第１積層体から前記第２積層体に向かう方向は、前記第１方向と交差する。前記第２積層体は、前記第２積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第２孔を有する。前記第１接続部は、前記複数の第１半導体層の少なくとも１つと、前記複数の第２半導体層の少なくとも１つと、を電気的に接続する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 第１実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式的平面図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）は、第２実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、第２実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、第２実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第２実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図１５（ａ）〜図１５（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図１６（ａ）〜図１６（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 第２実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式的平面図である。 図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、第３実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第３実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、第３実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２２（ａ）及び図２２（ｂ）は、第４実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、第４実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図２４（ａ）〜図２４（ｄ）は、第４実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、第４実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図的断面である。 図２７（ａ）〜図２７（ｈ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図２８（ａ）〜図２８（ｊ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図２９（ａ）〜図２９（ｊ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。 図３０（ａ）〜図３０（ｃ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図３１（ａ）及び図３１（ｂ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図３２（ａ）及び図３２（ｂ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。 図３３（ａ）〜図３３（ｄ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図３４（ａ）〜図３４（ｄ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図３５（ａ）〜図３５（ｃ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図３６（ａ）〜図３６（ｃ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図的断面である。 図３７（ａ）〜図３７（ｃ）第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。 図４０（ａ）〜図４０（ｄ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４１（ａ）〜図４１（ｄ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４２（ａ）〜図４２（ｄ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４３（ａ）〜図４３（ｄ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４４（ａ）及び図４４（ｂ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４５は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。 図４６（ａ）〜図４６（ｄ）は、実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式的斜視図である。 実施形態に係る熱電変換モジュールを例示する模式的斜視図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び、図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、斜視図である。図１（ａ）において、一部の要素が省略されている。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２（ｃ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２（ｄ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１１０は、第１積層体Ｓ０１、第２積層体Ｓ０２及び第１接続部３１を含む。

第１積層体Ｓ０１は、複数の第１半導体層１１を含む。複数の第１半導体層１１は、第１方向に並ぶ。

第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

複数の第１半導体層１１は、第１方向（Ｚ軸方向）において、互いに離れる。複数の第１半導体層１１は、第１導電形である。

第１積層体Ｓ０１は、複数の第１孔ＨＺ１を有する。複数の第１孔ＨＺ１は、複数の第１半導体層１１の中を第１方向に延びる。複数の第１孔ＨＺ１は、第１積層体Ｓ０１の中を第１方向に延びる。

第１積層体Ｓ０１から第２積層体Ｓ０２に向かう方向は、第１方向と交差する。この例では、第１積層体Ｓ０１から第２積層体Ｓ０２に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。例えば、第１積層体Ｓ０１から第２積層体Ｓ０２に向かう方向は、Ｘ軸方向に対して実質的に平行である。第２積層体Ｓ０２は、複数の第２半導体層１２を含む。複数の第２半導体層１２は、第１方向において互いに離れる。複数の第２半導体層１２は、第２導電形である。

第２積層体Ｓ０２は、複数の第２孔ＨＺ２を有する。複数の第２孔ＨＺ２は、複数の第２半導体層１２の中を第１方向に延びる。複数の第２孔ＨＺ２は、第２積層体Ｓ０２の中を第１方向に延びる。

第１接続部３１は、複数の第１半導体層１１の少なくとも１つと、複数の第２半導体層１２の少なくとも１つと、を電気的に接続する。この例では、第１接続部３１は、複数の第１半導体層１１を互いに接続し、複数の第２半導体層１２を互いに接続する。

例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。実施形態において、第１導電形がｐ形であり、第２導電形がｎ形でも良い。以下の説明では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である。

複数の半導体層（複数の第１半導体層１１及び複数の第２半導体層１２）は、例えば、シリコンを含む。複数の半導体層は、例えば、ポリシリコンを含む。複数の半導体層は、例えば、ゲルマニウムを含んでも良い。複数の半導体層は、Ｂｉ及びＴｅを含んでも良い。

この例では、基体５０ｓが設けられている。複数の積層体（第１積層体Ｓ０１及び第２積層体Ｓ０２）は、基体５０ｓの面５０ａの上に設けられている。上記の第１方向（Ｚ軸方向）は、面５０ａと交差する。例えば、第１方向は、面５０ａに対して実質的に垂直である。基体５０ｓは、例えば、ガラス、金属及びセラミックスの少なくともいずれかを含んでも良い。

この例では、絶縁層５１及び絶縁部ＬＰ０が設けられている。基体５０ｓと複数の積層体との間に絶縁層５１が設けられる。絶縁層５１は、例えば、基体５０ｓと複数の積層体とを電気的に絶縁する。絶縁部ＬＰ０は、複数の積層体の少なくとも一部を囲む。

基体５０ｓは、例えば、基板（例えばシリコン基板など）である。基体５０ｓは、例えば、半導体基板の少なくとも一部を含んでも良い。絶縁層５１及び絶縁部ＬＰ０は、酸化シリコンなどを含む。

図１（ｂ）に示すように、第１積層体Ｓ０１は、例えば、第１部分Ｓ０１ａ及び第２部分Ｓ０１ｂを有する。第１部分Ｓ０１ａは、第１接続部３１の側の部分である。第２部分Ｓ０１ｂは、第１部分Ｓ０１ａとは反対の側の部分である。第２積層体Ｓ０２は、例えば、第３部分Ｓ０２ｃ及び第４部分Ｓ０２ｄを有する。第３部分Ｓ０２ｃは、第１接続部３１の側の部分である。第４部分Ｓ０２ｄは、第３部分Ｓ０２ｃとは反対の側の部分である。以下に説明するように、これらの部分の間に温度差が設けられる。

例えば、熱電変換装置１１０を、熱源に、接触または近接させる。これにより、例えば、第１部分Ｓ０１ａと第２部分Ｓ０１ｂとの間に、温度差が生じる。同様に、第３部分Ｓ０２ｃと第４部分Ｓ０２ｄとの間にも、温度差が生じる。例えば、第１部分Ｓ０１ａ及び第３部分Ｓ０２ｃのそれぞれの温度は、第２部分Ｓ０１ｂ及び第４部分Ｓ０２ｄのそれぞれの温度よりも高い。

このような構成において、高温部分と低温部分との間に電流が流れる。これは、例えば、ゼーベック効果に基づく。例えば、熱電変換装置１１０に負荷を接続すると、この電流が取り出される。このように、熱電変換装置１１０において、熱が電力に変換できる。熱電変換装置１１０において、例えば温度差が電力に変換される。

実施形態においては、第１積層体Ｓ０１において、複数の第１半導体層１１が積層され、第２積層体Ｓ０２において、複数の第２半導体層１２が積層される。これにより、単位面積当たりで取り出される電流（電力）が大きい。

さらに、第１積層体Ｓ０１において、複数の第１孔ＨＺ１が設けられ、第２積層体Ｓ０２において、複数の第２孔ＨＺ２が設けられる。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、複数の第１孔ＨＺ１のそれぞれは、第１積層体Ｓ０１の中を第１方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる。例えば、複数の第１孔ＨＺ１の１つに着目すると、複数の第１半導体層１１の１つにおけるその孔の位置（Ｘ−Ｙ平面内の位置）は、複数の第１半導体層１１の別の１つにおけるその孔の位置と、実質的に同じである。このように複数の第１孔ＨＺ１の１つは、複数の第１半導体層１１において繋がっている。

図２（ｂ）及び図２（ｄ）に示すように、複数の第２孔ＨＺ２のそれぞれは、第２積層体Ｓ０２の中を第１方向（Ｚ軸方向）に沿って延びる。複数の第２孔ＨＺ２の１つは、複数の第２半導体層１２において繋がっている。

このように、実施形態においては、第１方向に延びる複数の孔が設けられている。これにより、例えば、複数の半導体層のそれぞれにおいて、高温部分と低温部分とを結ぶ方向における実効的な熱抵抗を高くできる。例えば、熱伝導に起因した温度差の縮小が抑制できる。大きな温度差を維持し易い。熱（例えば温度差）から電力への変換において、高い効率が得られる。

既に説明したように、実施形態においては、複数の孔のそれぞれは、積層体中においてＺ軸方向（積層方向）に繋がっている。例えば、孔の個数または孔のピッチは、複数の半導体層において同じになる。このため、例えば、複数の半導体層の間において、熱電特性のばらつきが抑制される。複数の孔のそれぞれが積層方向に繋がっていることにより、例えば、基体５０ｓに凹部または空洞が設けられた構造（後述）を製造可能になり、出力を向上し易くなる。

熱電素子を積層させた構造を取ることで集積化することが可能となり、単位面積当たりで得られる電力（電流及び電圧の少なくともいずれか）を増大できる。大きな温度差を維持し易く、高い熱電変換効率が得られる。実施形態によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

この例では、熱電変換装置１１０には、第３積層体Ｓ０３、第４積層体Ｓ０４、第２接続部３２及び第３接続部３３が設けられている。

この例では、第２積層体Ｓ０２から第３積層体Ｓ０３に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第３積層体Ｓ０３は、複数の第３半導体層１３を含む。複数の第３半導体層１３は、第１導電形である。第３積層体Ｓ０３は、複数の第３孔ＨＺ３を有する。複数の第３孔ＨＺ３は、複数の第３半導体層１３の中を第１方向に延びる。複数の第３孔ＨＺ３は、第３積層体Ｓ０３の中を第１方向に延びる。

第３積層体Ｓ０３から第４積層体Ｓ０４に向かう方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。この例では、第３積層体Ｓ０３から第４積層体Ｓ０４に向かう方向は、Ｘ軸方向に沿う。第４積層体Ｓ０４は、複数の第４半導体層１４を含む。複数の第４半導体層１４は、第２導電形である。第４積層体Ｓ０４は、複数の第４孔ＨＺ４を有する。複数の第４孔ＨＺ４は、複数の第４半導体層１４の中を第１方向に延びる。複数の第４孔ＨＺ４は、第４積層体Ｓ０４の中を第１方向に延びる。

第２接続部３２は、複数の第２半導体層１２の上記の少なくとも１つと、複数の第３半導体層１３の少なくとも１つと、を電気的に接続する。この例では、第２接続部３２は、複数の第２半導体層１２と、複数の第３半導体層１３と、を電気的に接続する。

第３接続部３３は、複数の第３半導体層１３の上記の少なくとも１つと、複数の第４半導体層１４の少なくとも１つと、を電気的に接続する。この例では、第３接続部３３は、複数の第３半導体層１３と、複数の第４半導体層１４と、を電気的に接続する。

この例では、熱電変換装置１１０は、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂをさらに含む。第１端子３８ａは、複数の第１半導体層１１と電気的に接続される。第４端子３８ａは、複数の第４半導体層１４と電気的に接続される。これらの端子から、電流（電力）が取り出される。

このように、熱電変換装置１１０において、複数の積層体が設けられる。複数の積層体のそれぞれは、複数の半導体層を含み、複数の孔を有する。複数の積層体の数は、任意である。複数の半導体層の数は、任意である。複数の孔の数は、任意である。

複数の半導体層のそれぞれの厚さは、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。複数の半導体層のそれぞれの厚さは、例えば、約１００ｎｍである。複数の孔のサイズ（例えばＸ軸方向に沿う長さ）は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。複数の孔のサイズは、例えば、約２０ｎｍである。複数の孔のサイズが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることにより、例えば、実効的な電気抵抗を過度に上昇させずに、実効的な熱抵抗を高くできる。

この例では、複数の半導体層の間に層間絶縁層が設けられている。図２（ｂ）に示すように、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４のそれぞれは、複数の第１〜第４層間絶縁層ＩＬ１〜ＩＬ４を含む。第１層間絶縁層ＩＬ１は、複数の第１半導体層１１の間に設けられる。第２層間絶縁層ＩＬ２は、複数の第２半導体層１２の間に設けられる。第３層間絶縁層ＩＬ３は、複数の第３半導体層１３の間に設けられる。第４層間絶縁層ＩＬ４は、複数の第４半導体層１４の間に設けられる。これらの層間絶縁層は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン及び酸化アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む。

これらの層間絶縁層は、省略されても良い。この場合、複数の半導体層は、接続部などに支持されても良い。

図２（ａ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、例えば、第１接続部３１は、第１接続領域３１ａ、第２接続領域３１ｂ及び第３接続領域３１ｃを含む。第１接続領域３１ａは、複数の第１半導体層１１を互いに電気的に接続する。第２接続領域３１ｂは、複数の第２半導体層１２を互いに電気的に接続する。第３接続領域３１ｃは、第１接続領域３１ａと第２接続領域３１ｂとを互いに電気的に接続する。

例えば、複数の第１半導体層１１は、第１接続領域３１ａに支持されても良い。複数の第２半導体層１２は、第２接続領域３１ｂに支持されても良い。このような場合、上記の層間絶縁層は、省略されても良い。

図２（ａ）に示すように、複数の第１半導体層１１のそれぞれ（上記の少なくとも１つ）は、第１端部１１ｐ及び第２端部１１ｑを含む。第１端部１１ｐ及び第２端部１１ｑを結ぶ第２方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。この例では、第２方向は、Ｙ軸方向である。

複数の第２半導体層１２のそれぞれ（上記の少なくとも１つ）は、第３端部１２ｒ及び第４端部１２ｓを含む。第３端部１２ｒ及び第４端部１２ｓを結ぶ方向は、上記の第２方向（例えばＹ軸方向）に沿う。

第１端部１１ｐ及び第３端部１２ｒを結ぶ方向は、第３方向に沿う。第３方向は、第１方向及び第２方向と交差する。この例では、第３方向は、Ｘ軸方向である。第２端部１１ｑ及び第４端部１２ｓを結ぶ方向は、第３方向（Ｘ軸方向）に沿う。第１接続部３１は、第１端部１１ｐと第３端部１２ｒとを電気的に接続する。別の接続部により、第３端部１２ｒと、第３積層体Ｓ０３の一端と、が電気的に接続されても良い。

接続部（例えば、第１〜第３接続部３１〜３３）、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂは、導電性である。接続部、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂは、例えば、金属を含む。この金属は、例えば、タングステン、モリブデン、チタン、銅及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１つを含む。接続部、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂは、例えば、ＴｉＮなどの窒化物を含んでも良い。接続部、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂは、例えば、金属シリサイドを含んでも良い。

以下、熱電変換装置１１０の製造方法の例について説明する。
図３（ａ）〜図７（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。
図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）図６（ａ）及び図７（ａ）は、それぞれ、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す矢印ＡＲから見た平面図である。図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、それぞれ、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）図６（ａ）及び図７（ａ）に示すＧ１−Ｇ２線断面図である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基体５０ｓ（例えばシリコン基板）の上面（面５０ａ）の上に、絶縁層５１（例えば、シリコン酸化膜）が形成される。絶縁層５１の上に積層膜Ｓ０ｆが形成される。積層膜Ｓ０ｆの形成においては、半導体膜１０ｆ及び絶縁膜ＩＬｆが交互に繰り返し形成される。半導体膜１０ｆは、例えば、シリコンである。半導体膜１０ｆの１つの厚さは、約１００ｎｍである。半導体膜１０ｆは、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成される。絶縁膜ＩＬｆは、例えば、シリコン酸化膜である。絶縁膜ＩＬｆの１つの厚さは、約１０ｎｍである。絶縁膜ＩＬｆは、例えば、ＣＶＤにより形成される。複数の半導体膜１０ｆの数は、例えば、２５である。複数の絶縁膜ＩＬｆの数は、例えば、２５である。これらの数は、任意である。

積層膜Ｓ０ｆの上に、シリコン酸化膜５１ａがＣＶＤにより形成される。シリコン酸化膜５１ａの厚さは、約５００ｎｍである。シリコン酸化膜５１ａと、積層膜Ｓ０ｆに含まれる絶縁膜ＩＬｆの１つと、の境界が明確でなくても良い。シリコン酸化膜５１ａの上に、有機物含有膜５１ｂを例えば、スピン塗布により形成する。有機物含有膜５１ｂの厚さは、約３００ｎｍである。有機物含有膜５１ｂは、例えば、炭素を含む。有機物含有膜５１ｂの上に、絶縁膜５１ｃを形成する。絶縁膜５１ｃは、例えば、ＳＯＧ（Spin On Glass）である。絶縁膜５１ｃの厚さは、約５０ｎｍである。

次に、ブロック共重合体を用いて微細パターンを形成する。絶縁膜５１ｃの上に、ブロック共重合体の双方のブロックに対して親和性を持つ中性化膜５２を形成する。中性化膜５２の上に、スピン塗布によりブロック共重合体５３を成膜する。この例では、ブロック共重合膜には、シリンダタイプが用いられる。ブロック共重合体５３を塗布した後に、例えば、２５０℃で１分のアニールが行われる。これにより、相分離が起こり自己組織化により微細パターンが形成される。

ブロック共重合膜は、複数の第１膜部分５３ａ、及び、第２膜部分５３ｂを含む。複数の第１膜部分５３ａは、Ｘ−Ｙ平面内において、第２膜部分５３ｂに囲まれる。複数の第１膜部分５３ａのピッチは、約４０ｎｍである。複数の第１膜部分５３ａの１つのサイズ（Ｘ−Ｙ平面に沿う１つの方向の長さ）は、約２０ｎｍである。中性化膜５２の表面エネルギーは、例えば、ブロック共重合膜に含まれる複数の種類の基の表面エネルギーの間である。これにより、複数の第１膜部分５３ａは、Ｚ軸方向に延びる。シリンダ状の構造が形成される。複数の第１膜部分５３ａは、例えば、実質的に六方状に並ぶ。

この後、複数の第１膜部分５３ａを除去する。除去は、例えば、ウエットエッチング及びドライエッチングの少なくともいずれかにより行われる。これにより、複数の孔パターンが形成される。孔パターンの孔のサイズは、例えば、約２０ｎｍである。孔パターンをマスクとして用いて、中性化膜５２を加工し、さらに、絶縁膜５１ｃ、有機物含有膜５１ｂ及びシリコン酸化膜５１ａを加工する。この加工の少なくとも一部には、例えば、ＲＩＥ（ＸReactive Ion Etching）が用いられる。さらに、積層膜Ｓ０ｆを加工する。

これにより、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、積層膜Ｓ０ｆに、複数の孔ＨＺ０が形成される。複数の孔ＨＺ０は、積層膜Ｓ０ｆ中を、第１方向（Ｚ軸方向）に延びる。複数の孔ＨＺ０の１つのサイズは、約２０ｎｍである。

この後、レジスト膜を形成し、リソグラフィを行う。リソグラフィにおいては、半導体層に対応する部分が残される。レジスト膜をマスクとして用いて、積層膜Ｓ０ｆの一部を除去する。

これにより、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４となる部分が形成される。

この後、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４となる部分に不純物を導入する。例えば、第１積層体Ｓ０１及び第３積層体Ｓ０３となる部分に、第１導電形（例えばｎ形）の不純物が導入される。例えば、第２積層体Ｓ０２及び第４積層体Ｓ０４となる部分に、第２導電形（例えばｐ形）の不純物が導入される。不純物の導入は、例えば、イオンインプランテーションを含む。

これにより、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１〜第４半導体層１１〜１４が形成される。複数の第１半導体層１１の間の絶縁膜ＩＬｆが、第１層間絶縁層ＩＬ１となる。複数の第２半導体層１２の間の絶縁膜ＩＬｆが、第２層間絶縁層ＩＬ２となる。複数の第３半導体層１３の間の絶縁膜ＩＬｆが、第３層間絶縁層ＩＬ３となる。複数の第４半導体層１４の間の絶縁膜ＩＬｆが、第４層間絶縁層ＩＬ１となる。これにより、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４が形成される。

この後、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４の間に絶縁材料を埋め込み、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などにより平坦化する。さらに、絶縁材料の一部を除去される。除去される部分は、接続部などになる領域に対応する。除去においては、例えば、リソグラフィとＲＩＥが用いられる。

これにより、図７（ａ）に示すように、溝３８Ｒが形成される。

溝３８Ｒに、導電材料（例えばタングステンなど）を埋め込む。これにより、接続部（第１〜第３接続部３１〜３３）、第１端子３８ａ及び第２端子３８ｂが形成される。

以上により、熱電変換装置１１０が形成される。上記の製造方法において、ブロック共重合体５３による自己組織化膜の代わりに、例えば、ＥＵＶ露光またはナノインプリントによるパターニングを行っても良い。自己組織化膜を用いるとコストが低減し易い。

上記の製造方法においては、積層膜Ｓ０ｆに一括して複数の孔ＨＺ０が形成できる。これにより、複数の孔は、複数の半導体層中（積層体中）を第１方向に延びる。

例えば、複数の構造体を基板の上に並べて置く第２参考例がある。第２参考例においては、複数の構造体のそれぞれが、ｐ形半導体層及びｎ形半導体層を含む。このような複数の構造体が、独立して作製された後に、基板の上に並べられる。このような第２参考例においては、複数の構造体を電気的に接続する配線が独立して形成される。この場合、接続不良が発生し易い。例えば、機械的な衝撃や、応力などにより、接続部分の剥がれが生じやすい。信頼性が不十分な場合がある。

これに対して、上記の製造方法においては、接続部は、一括して形成できる。このため、確実な電気的な接続が得られる。例えば、高い信頼性が得られる。

上記の製造方法においては、複数の積層体及び複数の孔が、一括して形成される。このため、コストを低減し易い。

上記の製造方法において、自己組織化膜を用いる方法に代えて、光を用いたリソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント及びＥＢ描画の少なくともいずれかが適用されても良い。

図８は、第１実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式的平面図である。
図８に示すように、本実施形態に係る別の熱電変換装置１１１も、複数の積層体（例えば、第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４）及び接続部（第１〜第３接続部３１〜３３）を含む。第１〜第４積層体Ｓ０１〜Ｓ０４は、第１〜第４孔ＨＺ１〜ＨＺ４をそれぞれ有する。

熱電変換装置１１１においては、第１〜第４孔ＨＺ１〜ＨＺ４のそれぞれは、Ｙ軸方向に延びる。例えば、複数の第１孔ＨＺ１の１つの第２方向（Ｙ軸方向）に沿う長さは、複数の第１孔ＨＺ１のその１つの第３方向（Ｘ軸方向）に沿う長さよりも長い。複数の第１孔ＨＺ１の隣り合う２つの間の第３方向（Ｘ軸方向）に沿うの距離は、例えば、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

熱電変換装置１１１においても、単位面積当たりで得られる電力を増大できる。複数の微細ラインにより、大きな温度差を維持し易い。高い熱電変換効率出力が得られる。

（第２実施形態）
図９（ａ）、図９（ｂ）、及び、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、第２実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。
図９（ａ）は、斜視図である。図９（ａ）において、一部の要素が省略されている。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。図１０（ａ）は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１０（ｂ）は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図１０（ｃ）は、図９（ａ）及び図９（ｂ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。

図９（ａ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１２０は、第１積層体ＳＡ１と、第１接続部４１と、を含む。

第１積層体ＳＡ１は、複数の積層部Ｓｐを含む。複数の積層部Ｓｐは、第１方向（例えばＺ軸方向）に並ぶ。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、複数の積層部Ｓｐのそれぞれは、第１半導体層１１及び第２半導体層１２を含む。第１半導体層１１は、第１導電形（例えばｎ形）である。第２半導体層１２は、第２導電形（例えばｐ形）である。第２半導体層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体層１１と離れる。

この例では、第１半導体層１１と第２半導体層１２との間に、層間絶縁層ＩＬｐが設けられている。さらに、複数の積層部Ｓｐの間にも、層間絶縁層ＩＬｐが設けられている。これらの層間絶縁層ＩＬｐは、省略されても良い。

第１積層体ＳＡ１は、複数の第１孔ＨＺ１を有する。複数の第１孔ＨＺ１は、複数の積層部Ｓｐの中を、第１方向（Ｚ軸方向）に延びる。複数の第１孔ＨＺ１は、第１積層体ＳＡ１の中を、第１方向（Ｚ軸方向）に延びる。

図１０（ｂ）に示すように、第１接続部４１は、複数の積層部Ｓｐの１つの第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、を電気的に接続する。

この例では、第２接続部４２がさらに設けられる。第２接続部４２は、複数の積層部Ｓｐの上記の１つの第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別の１つの第１半導体層１１と、を電気的に接続する。

例えば、第１積層体ＳＡ１において、複数の積層部Ｓｐのそれぞれに含まれる第１半導体層１１及び第２半導体層１２が交互に接続される。複数の積層部Ｓｐが直列に接続される。

例えば、１つの積層部Ｓｐが１つの熱電変換部となる。複数の熱電変換部が積層され、直列に接続される。これにより、単位面積当たりで得られる電力を増大できる。そして、第１積層体ＳＡ１において、複数の第１孔ＨＺ１が設けられる。これにより、大きな温度差を維持し易い。熱電変換装置１２０においても、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

図１０（ｂ）に示すように、例えば、複数の積層部Ｓｐの上記の１つに含まれる第１半導体層１１は、第１端部１１ｐ及び第２端部１１ｑを含む。第１端部１１ｐ及び第２端部１１ｑを結ぶ第２方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。この例では、第２方向は、Ｙ軸方向である。

複数の積層部Ｓｐの上記の１つに含まれる第２半導体層１２は、第３端部１２ｒ及び第４端部１２ｓを含む。第３端部１２ｒ及び第４端部１２ｓを結ぶ方向は、第２方向（Ｙ軸方向）に沿う。第１端部１１ｐ及び第３端部１２ｒを結ぶ方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第２端部１１ｑ及び第４端部１２ｓを結ぶ方向は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第１接続部４１は、第２端部１１ｑと第４端部１２ｓとを電気的に接続する。

例えば、第１接続部４１、第２接続部４２、接続部４０ａ、接続部４０ｂ及び接続部４０ｃなどの接続部が、第１半導体層１１及び第２半導体層１２を交互に直列に接続する。

この例では、第１端子４８ａ及び第２端子４８ｂが設けられる。第１端子４８ａは、第１積層体ＳＡ１に含まれる一方の端の半導体層（この例では第１半導体層１１）と電気的に接続される。第２端子４８ｂは、第１積層体ＳＡ１に含まれる他方の端の半導体層（この例では第２半導体層１２）と電気的に接続される。第１端子４８ａと第２端子４８ｂとの間に、電流が流れる。

図９（ａ）、図１０（ａ）及び図１０（ｃ）に示すように、この例では、熱電変換装置１２０において、第２積層体ＳＡ２がさらに設けられる。第１積層体ＳＡ１及び第２積層体ＳＡ２は、基体５０ｓの面５０ａの上に設けられる。この例では、基体５０ｓと積層体との間に、絶縁層５１が設けられている。第２積層体ＳＡ２の構成は、第１積層体ＳＡ１の構成と同様なので説明を省略する。

図１０（ｃ）に示すように、第２積層体ＳＡ２において、第３接続部４３及び第４接続部４４が設けられている。第３接続部４３は、第２積層体ＳＡ２において、複数の積層部Ｓｐの１つの第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、を電気的に接続する。第４接続部４２は、第２積層体ＳＡ２において、複数の積層部Ｓｐの上記の１つの第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別の１つの第１半導体層１１と、を電気的に接続する。第２積層体ＳＡ２においても、第３接続部４３、第４接続部４４、接続部４０ｄ、接続部４０ｅ及び接続部４０ｆなどの接続部が、第１半導体層１１及び第２半導体層１２を交互に直列に接続する。

第２積層体ＳＡ２において、第３端子４８ｃ及び第４端子４８ｄが設けられる。第３端子４８ｃは、第２積層体ＳＡ２に含まれる一方の端の半導体層（この例では第１半導体層１１）と電気的に接続される。第４端子４８ｄは、第２積層体ＳＡ２に含まれる他方の端の半導体層（この例では第２半導体層１２）と電気的に接続される。第３端子４８ｃと第４端子４８ｄとの間に、電流が流れる。

この例では、第１積層体ＳＡ１と第２積層体ＳＡ２は、電気的に並列に接続される。図９（ｂ）に示すように、第１積層体間接続部ＣＰＳ１及び第２積層体間接続部ＣＰＳ２が設けられる。これらの積層体間接続部は、例えば、第１積層体ＳＡ１に含まれる接続部の１つと、第２積層体ＳＡ２に含まれる接続部の１つと、を電気的に接続する。第１積層体ＳＡ１に含まれる接続部は、第１接続部４１、第２接続部４２、接続部４０ａ、接続部４０ｂ、接続部４０ｃ、第１端子４８ａ及び第２端子４８ｂなどの１つである。第２積層体ＳＡ２に含まれる接続部は、第３接続部４３、第４接続部４４、接続部４０ｄ、接続部４０ｅ、接続部４０ｆ、第３端子４８ｃ及び第４端子４８ｄなどの１つである。この例では、第１積層体間接続部ＣＰＳ１は、第１端子４８ａと第３端子４８ｃとを電気的に接続する。第２積層体間接続部ＣＰＳ２は、第２端子４８ｂと第４端子４８ｄとを電気的に接続する。

本実施形態に係る第１積層体ＳＡ１において、複数の積層部Ｓｐは、任意に設定しても良い。例えば、上記の説明では、図１０（ｂ）に示すように、１つの第１半導体層１１と、その第１半導体層１１の上の第２半導体層１２と、が、１つの積層部Ｓｐと見なされている。実施形態において、１つの第２半導体層１２と、その第２半導体層１２の上の第１半導体層１１と、が、１つの積層部Ｓｐと見なされても良い。この場合、例えば、図１０（ｂ）に例示した第２接続部４２が、「第１接続部」と見なされても良い。

本実施形態において、第１半導体層１１、第２半導体層１２、層間絶縁層、基体５０ｓ、絶縁層５１、絶縁部ＬＰ０及び孔には、第１実施形態に関して説明した構成及び材料が適用できる。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）、及び、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、第２実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。
図１１（ａ）は、斜視図である。図１１（ａ）において、一部の要素が省略されている。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）及び図１２（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。図１２（ａ）は、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１２（ｂ）は、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図１２（ｃ）は、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。

図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の熱電変換装置１２１においては、接続部の少なくとも一部が、Ｚ軸方向において、２つの半導体層の間に設けられる。これ以外は、例えば、熱電変換装置１２０と同様である。以下、熱電変換装置１２１における接続部の例について説明する。

図１１（ａ）及び図１２（ａ）に示すように、第１接続部４１は、複数の積層部Ｓｐの１つに含まれる第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、を電気的に接続する。第１接続部４１の少なくとも一部は、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、の間に設けられる。

第２接続部４２は、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別の１つに含まれる第１半導体層１１と、を電気的に接続する。第２接続部４２の少なくとも一部は、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別のその１つに含まれる第１半導体層１１と、の間に設けられる。

この例では、１つの接続部の実質的に全てが、複数の半導体層の間に設けられる。熱電変換装置１２１においては、例えば、接続部が半導体層の周りに突出していない。これにより、１つの積層体が占める面積が小さくできる。例えば、複数の積層体が設けられる場合において、複数の積層体の間の距離を縮小できる。単位面積当たりで得られる電力をさらに増大できる。

熱電変換装置１２１によっても、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置を提供することができる。

以下、熱電変換装置１２１の製造方法の例について説明する。

図１３（ａ）〜図１７（ｆ）は、第１実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。

図１３（ａ）、図１３（ｃ）、図１３（ｅ）、図１４（ａ）、図１４（ｃ）、図１４（ｅ）、図１５（ａ）、図１５（ｃ）、図１５（ｅ）、図１６（ａ）、図１６（ｃ）、図１６（ｅ）、図１７（ａ）、図１７（ｃ）及び図１７（ｅ）は、それぞれ、図１３（ｂ）、図１３（ｄ）、図１３（ｆ）、図１４（ｂ）、図１４（ｄ）、図１４（ｆ）、図１５（ｂ）、図１５（ｄ）、図１５（ｆ）、図１６（ｂ）、図１６（ｄ）、図１６（ｆ）、図１７（ｂ）、図１７（ｄ）及び図１７（ｆ）のＧ１−Ｇ２線断面図である。

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、基体５０ｓ（例えばシリコン基板）の面５０ａの上に、絶縁層５１が設けられる。この上に、積層膜ＳＡｆが形成される。この例では、積層膜ＳＡｆは、絶縁層５１の上に設けられた第１膜ＩＬｆ１と、その上に設けられた第１半導体膜Ｓｆ１と、その上に設けられた第２膜ＩＬｆ２と、その上に設けられた第２半導体膜Ｓｆ２と、を含む。この４つの膜が１つのセットとなる。複数のセットが積層される。

第２膜ＩＬｆ２の材料は、第１膜ＩＬｆ１の材料とは異なる。例えば、これらの膜において、少なくとも１つのエッチャントに対して、エッチングレートが異なる。さらに、これらの膜は、半導体膜のエッチングレートとも異なる。例えば、第１膜ＩＬｆ１は、酸化シリコンを含む。第２膜ＩＬｆ２は、窒化シリコンを含む。

第１半導体膜Ｓｆ１は、例えば、第１導電形の半導体（例えばシリコン）を含む。第２半導体膜Ｓｆ２は、第２導電形の半導体（例えばシリコン）を含む。

図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）に示すように、第１マスク５５ｒａ（レジスト膜）を形成する。第１マスク５５ｒａは、第１開口部５５ｒａｏを有する。第１開口部５５ｒａｏの形成には、例えば、フォトリソグラフィが用いられる。

図１３（ｅ）及び図１３（ｆ）に示すように、第１マスク５５ｒａをマスクとして用いて、積層膜ＳＡｆの一部を除去する。除去には、例えば、ＲＩＥが行われる。これにより、第１溝５５ｔａが形成される。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、選択性エッチングを行い、第２膜ＩＬｆ２を後退させる。選択性エッチングは、例えば、リン酸による処理を含む。

図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、第１マスク５５ｒａを除去した後、第１導電膜５５ｃａを形成する。第１導電膜５５ｃａは、例えば金属膜（例えばタングステン膜）である。この形成は、例えば、ＣＶＤにより行われる。

図１４（ｅ）及び図１４（ｆ）に示すように、エッチバックを行う。例えば、積層膜ＳＡｆの上に設けられていた第１導電膜５５ｃａが除去される。第１溝５５ｔａの側面に設けられた第１導電膜５５ｃａは残る。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第１溝５５ｔａのなかに中間部材５５ｃｘを埋め込み、平坦化する。中間部材５５ｃｘは、例えば絶縁材料である。平坦化は、例えば、ＣＭＰを含む。

図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）に示すように、第２マスク５５ｒｂを形成する。第２マスク５５ｒｂは、第２開口部５５ｒｂｏを有する。既に説明した第１開口部５５ｒａｏと第２開口部５５ｒｂｏとの間の領域が、積層体の領域に対応する。

図１５（ｅ）及び図１５（ｆ）に示すように、第２マスク５５ｒｂをマスクとして用い、積層膜ＳＡｆの一部を除去する。除去には例えば、ＲＩＥが行われる。これにより、第２溝５５ｔｂが形成される。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、選択性エッチングを行い、第１膜ＩＬｆ１を後退させる。選択性エッチングは、例えば、フッ酸による処理を含む。

図１６（ｃ）及び図１６（ｄ）に示すように、第２マスク５５ｒｂを除去した後、第２導電膜５５ｃｂを形成する。第２導電膜５５ｃｂは、例えば金属膜（例えばタングステン膜）である。この形成は、例えば、ＣＶＤにより行われる。

図１６（ｅ）及び図１６（ｆ）に示すように、例えば、ＲＩＥにより、エッチバックを行う。例えば、積層膜ＳＡｆの上に設けられていた第２導電膜５５ｃｂが除去される。第２溝５５ｔｂの側面に設けられた第２導電膜５５ｃｂは残る。

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、中間部材５５ｃｘを除去する。除去は、例えば、ウエットエッチング処理を含む。

図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）に示すように、第１導電膜５５ｃａの一部及び第２導電膜５５ｃｂの一部を除去する。除去は、例えば、ウエットエッチング処理を含む。これにより、第１導電膜５５ｃａの残った部分は、２つの半導体層の間に位置する。第２導電膜５５ｃｂの残った部分は、２つの半導体層の間に位置する。

図１７（ｅ）及び図１７（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜５１ａで全体を覆い、この後、孔の形成を行う。この例では、図３（ａ）及び図３（ｂ）に関して説明した処理が行われる。シリコン酸化膜５１ａの上に、有機物含有膜５１ｂを形成し、その上に、絶縁膜５１ｃを形成する。その上に、中性化膜５２を形成し、その上に、ブロック共重合体５３を成膜する。相分離による自己組織化により微細パターンが得られる。自己組織化膜（ブロック共重合膜）は、複数の第１膜部分５３ａ、及び、第２膜部分５３ｂを含む。自己組織化膜を用いて、複数の孔（第１孔ＨＺ１及び第２孔ＨＺ２など）が形成される。

以上により、熱電変換装置１２１が作製される。上記の孔の形成において、光を用いたリソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント及びＥＢ描画の少なくともいずれかが適用されても良い。実施形態において、孔の形状は、任意である。

図１８は、第２実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式的平面図である。
図１８に示すように、本実施形態に係る別の熱電変換装置１２２も、複数の積層体（例えば、第１及び第２積層体Ｓ０１及びＳ０２）及び接続部（第１〜第４接続部４１〜４４）を含む。第１及び第２積層体Ｓ０１及びＳ０２は、第１及び第２孔ＨＺ１及びＨＺ２をそれぞれ有する。

熱電変換装置１２２においては、第１及び第２孔ＨＺ１及びＨＺ２のそれぞれは、Ｙ軸方向に延びる。例えば、複数の第１孔ＨＺ１の１つのＸ軸方向に沿う長さは、複数の第１孔ＨＺ１のその１つのＹ軸方向に沿う長さよりも短い。複数の第１孔ＨＺ１の隣り合う２つの間のＸ軸方向に沿う距離は、例えば、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。

熱電変換装置１２２においても、単位面積当たりで得られる電力を増大できる。複数の孔により、大きな温度差を維持し易い。高い熱電変換出力が得られる。

（第３実施形態）
図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、第３実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。
図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、斜視図である。図１９（ａ）において、一部の要素が省略されている。図２０（ａ）は、図２０（ｂ）のＦ１−Ｆ２線断面図である。図２０（ｂ）は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図２０（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２１（ａ）は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図２０（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２１（ｂ）は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図２０（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。図２１（ｃ）は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図２０（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。図２１（ｄ）は、図１９（ａ）、図１９（ｂ）及び図２０（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。

図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１３０は、第１構造体Ｂ０１、第２構造体Ｂ０２及び接続部ＣＰを含む。接続部ＣＰは、後述する第１接続部３１に対応しても良い。接続部ＣＰは、後述する第１〜第３接続部３１〜３３の少なくともいずれかを含んでも良い。

図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように、第１構造体Ｂ０１は、複数の第１積層体ＳＢ１を含む。第２構造体Ｂ０２は、複数の第２積層体ＳＢ２を含む。

複数の第１積層体ＳＢ１のそれぞれは、複数の第１半導体層１１を含む。複数の第１半導体層１１は、第１方向（この例ではＺ軸方向）に並ぶ。

複数の第１半導体層１１の１つ（複数の第１半導体層１１のそれぞれ）は、第２方向に沿って延びる。第２方向は、第１方向と交差する。この例では、第２方向は、Ｙ軸方向である。第１半導体層１１は、第１導電形である。

複数の第１積層体ＳＢ１は、第３方向に沿って並ぶ。第３方向は、第１方向及び第２方向と交差する。この例では、第３方向は、Ｘ軸方向である。

複数の第２積層体ＳＢ２のそれぞれは、複数の第２半導体層１２を含む。複数の第２半導体層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）に並ぶ。複数の第２半導体層１２の１つ（複数の第２半導体層１２のそれぞれ）は、第２方向に沿って延びる。複数の第２半導体層１２は、第２導電形である。以下では、第１半導体層１１がｎ形で、第２半導体層１２がｐ形とする。

複数の第２積層体ＳＢ２は、第３方向（Ｘ軸方向）に沿って並ぶ。

この例では、第１構造体Ｂ０１から第２構造体Ｂ０２に向かう方向は、第３方向（Ｘ軸方向）である。

接続部ＣＰ（例えば第１接続部３１）は、複数の第１半導体層１１の少なくとも１つと、複数の第２半導体層１２の少なくとも１つと、を電気的に接続する。

この例では、第３構造体Ｂ０３及び第４構造体Ｂ０２が設けられている。第３構造体Ｂ０３は、複数の第３積層体ＳＢ３を含む。複数の第３積層体ＳＢ３のそれぞれは、複数の第３半導体層１３を含む。複数の第３半導体層１３は、Ｚ軸方向に並ぶ。

第４構造体Ｂ０４は、複数の第４積層体ＳＢ４を含む。複数の第４積層体ＳＢ４のそれぞれは、複数の第４半導体層１４を含む。複数の第４半導体層１４は、Ｚ軸方向に並ぶ。

複数の第３半導体層１３、及び、複数の第４半導体層１４は、第２方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる。複数の第３半導体層１３は第１導電形であり、複数の第４半導体層１４は第２導電形である。

複数の第３積層体ＳＢ３及び複数の第４積層体ＳＢ４は、第３方向（Ｘ軸方向）に沿って並ぶ。

第２接続部３２は、複数の第２半導体層１２の少なくとも１つと、複数の第３半導体層１３の少なくとも１つと、を電気的に接続する。第３接続部３３は、複数の第３半導体層１３の少なくとも１つと、複数の第４半導体層１４の少なくとも１つと、を電気的に接続する。

このように、熱電変換装置１３０においては、複数の半導体層は、例えばＹ軸方向に延びる線状（またはストライプ状）である。線状の半導体層が、Ｚ軸方向に沿って並び、１つの積層体が形成される。このような複数の積層体が、Ｘ軸方向に沿って並ぶ。

例えば、構造体のＹ軸方向の１つの端と、反対側の端と、の間に温度差が設けられる。これにより、半導体層に電流が流れる。熱電変換が行われる。

熱電変換装置１３０においては、半導体層が積層されるため、単位面積当たりで得られる電力（電流及び電圧の少なくともいずれか）が大きい。さらに、線状の複数の半導体層は、Ｘ軸方向において互いに離れている。これにより、実質的な熱抵抗が大きくなる。熱伝導に起因した温度差の縮小が抑制でき、高い熱電変換効率単位面積当たりの出力が得られる。本実施形態によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

複数の半導体層（第１〜第４半導体層１１〜１４など）の１つのＹ軸方向の長さは、複数の半導体層のその１つのＸ軸方向の長さよりも長い。複数の半導体層の１つのＹ軸方向の長さは、複数の半導体層のその１つのＺ軸方向の長さよりも長い。複数の半導体層の１つのＹ軸方向の長さは、例えば、１００ｎｍ以上１０ｃｍ以下である。複数の半導体層の１つのＸ軸方向の長さは、例えば、１０ｎｍ以上１ｃｍｎｍ以下である。複数の半導体層の１つのＺ軸方向の長さは、例えば、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。

複数の半導体層（第１〜第４半導体層１１〜１４など）の１つと、複数の半導体層の別の１つと、の間のＸ軸方向に沿った距離は、例えば、複数の半導体層の１つのＸ軸方向の長さの０．２倍以上３倍以下である。複数の半導体層の１つと、複数の半導体層の別の１つと、の間のＺ軸方向に沿った距離は、例えば、複数の半導体層の１つのＺ軸方向の長さの０．２倍以上３倍以下である。

熱電変換装置１３０は、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に関して説明した処理において、ストライプ状の自己組織化膜を用いることで形成できる。または、適切なマスクを用いた露光により形成することができる。

図２０（ｂ）、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、この例では、複数の半導体層（第１〜第４半導体層１１〜１４のそれぞれ）の間に層間絶縁層（第１〜第４層間絶縁層ＩＬ１〜ＩＬ４のそれぞれ）が設けられている。層間絶縁層の少なくとも１つは省略されても良い。

熱電変換装置１３０においても、面５０ａを有する基体５０ｓが設けられても良い。積層体（例えば、第１積層体ＳＢ１）は、面５０ａの上に設けられる。上記の第１方向は、面５０ａと交差する。

（第４実施形態）
図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、第４実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。
図２２（ａ）は、斜視図である。図２２（ａ）において、一部の要素が省略されている。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。図２３（ａ）は、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２３（ｂ）は、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２３（ｃ）は、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。

図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１４０は、複数の積層体（例えば、複数の第１積層体ＳＣ１など）と、第１接続部４１と、第２接続部４２と、を含む。複数の第１積層体ＳＣ１は、複数の積層体の例である。第１積層体ＳＣ１に加えて、第２積層体ＳＣ２が設けられても良い。

複数の第１積層体ＳＣ１（複数の積層体）は、複数の積層部Ｓｐを含む。複数の積層部Ｓｐは、第１方向（この例では、Ｚ軸方向）に並ぶ。

図２３（ａ）に示すように、複数の積層部Ｓｐの１つは、第１導電形の第１半導体層１１と、第２導電形の第２半導体層１２と、を含む。第２半導体層１２は、第１方向（Ｚ軸方向）において、第１半導体層１１と離れている。第１半導体層１１及び第２半導体層１２は、第２方向に延びる。第２方向は、第１方向と交差する。この例では、第２方向は、Ｙ軸方向である。

このような複数の積層体（例えば、複数の第１積層体ＳＣ１）が、第３方向に並ぶ。第３方向は、第１方向及び第２方向と交差する。この例では、第３方向は、Ｘ軸方向である。

図２３（ａ）及び図２３（ｃ）に示すように、第１接続部４１は、複数の積層部Ｓｐの１つに含まれる第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、を電気的に接続する。

第２接続部４２は、複数の積層部Ｓｐのその１つに含まれる第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別の１つに含まれる第１半導体層１１と、を電気的に接続する。

例えば、１つの第１積層体ＳＣ１において、第１接続部４１、第２接続部４２、接続部４０ａ、接続部４０ｂ及び接続部４０ｃなどの接続部が、第１半導体層１１及び第２半導体層１２を交互に直列に接続する。

この例では、第１端子４８ａ及び第２端子４８ｂが設けられる。第１端子４８ａは、第１積層体ＳＣ１に含まれる一方の端の半導体層（この例では第１半導体層１１）と電気的に接続される。第２端子４８ｂは、第１積層体ＳＣ１に含まれる他方の端の半導体層（この例では第２半導体層１２）と電気的に接続される。第１端子４８ａと第２端子４８ｂとの間に、電流が流れる。

熱電変換装置１４０においては、半導体層が積層されるため、単位面積当たりで得られる電力（電流及び電圧の少なくともいずれか）が大きい。さらに、線状の複数の半導体層は、Ｘ軸方向において互いに離れている。これにより、実質的な熱抵抗が大きくなる。熱伝導に起因した温度差の縮小が抑制でき、高い熱電変換出力が得られる。本実施形態によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

図２４（ａ）〜図２４（ｄ）、図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、第４実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。
図２４（ａ）は、斜視図である。図２４（ａ）において、一部の要素が省略されている。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。図２４（ｃ）は、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２４（ｄ）は、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。図２５（ａ）は、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図２５（ｂ）は、図２４（ａ）及び図２４（ｂ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。

図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１４１も、複数の積層体（例えば、複数の第１積層体ＳＣ１など）と、第１接続部４１と、第２接続部４２と、を含む。複数の第１積層体ＳＣ１は、複数の積層体の例である。第１積層体ＳＣ１に加えて、第２積層体ＳＣ２が設けられても良い。

複数の第１積層体ＳＣ１（複数の積層体）は、複数の積層部Ｓｐを含む。複数の積層部Ｓｐの構成は、熱電変換装置１４０と同様である。

熱電変換装置１４１においては、接続部が、２つの半導体層の間に設けられる。例えば、第１接続部４１は、複数の積層部Ｓｐの１つの第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、を電気的に接続する。第１接続部４１は、複数の積層部Ｓｐのその１つの第１半導体層１１と、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、の間に設けられる。

例えば、第２接続部４２は、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐの別の１つの第１半導体層１１と、を電気的に接続する。第２接続部４２の少なくとも一部は、複数の積層部Ｓｐのその１つの第２半導体層１２と、複数の積層部Ｓｐのその別の１つの第１半導体層１１と、の間に設けられる。

この例では、接続部の実質的に全てが、２つの半導体層の間に設けられる。

熱電変換装置１４１においては、１つの積層体が占める面積が小さくできる。例えば、複数の積層体が設けられる場合において、複数の積層体の間の距離を縮小できる。これにより、単位面積当たりで得られる電力をさらに増大できる。熱電変換装置１４１によっても、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置を提供することができる。

熱電変換装置１４０及び１４１においても、面５０ａを有する基体５０ｓが設けられても良い。積層体（例えば、第１積層体ＳＣ１）は、面５０ａの上に設けられる。上記の第１方向は、面５０ａと交差する。

（第５実施形態）
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図的断面である。
図２６（ａ）は、図２６（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。

図２６（ａ）及び図２６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１５０は、第１積層体Ｓ０１、第２積層体Ｓ０２、第１接続部３１及び基体５０ｓを含む。第１積層体Ｓ０１、第２積層体Ｓ０２及び第１接続部３１については、例えば、熱電変換装置１１０と同様なので説明を省略する。

積層体は、基体５０ｓの面５０ａの上に設けられる。基体５０ｓは、第１領域５０ｐ及び第２領域５０ｑを含む。例えば、第２領域５０ｑの材料は、第１領域５０ｐの材料とは異なる。例えば、第２領域５０ｑの密度は、第１領域５０ｐの密度よりも低い。例えば、第２領域５０ｑは、空洞５０ｈを含み、第１領域５０ｐは、空洞５０ｈを含まない。または、第１領域５０ｐ及び第２領域５０ｑの両方が空洞５０ｈを含む場合において、第２領域５０ｑにおける空洞５０ｈの密度は、第１領域５０ｐにおける空洞５０ｈの密度よりも低い。例えば、第２領域５０ｑの厚さは、第１領域５０ｐの厚さより薄い。厚さは、面５０ａに対して実質的に垂直な方向の長さである。例えば、第２領域５０ｑの材料の熱伝導率は、第１領域５０ｐの材料の熱伝導率よりも低い。第２領域５０ｑが、基体５０ｓに設けられた凹部（または穴）でも良い。

第１領域５０ｐと第２領域５０ｑとを結ぶ方向は、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。この例では、第１領域５０ｐと第２領域５０ｑとを結ぶ方向は、Ｙ軸方向に沿う。

例えば、既に説明した第１接続部３１及び第１端子３８ａが設けられる場合、第１領域５０ｐと第２領域５０ｑとを結ぶ方向は、第１接続部３１と第１端子３８ａとを結ぶ方向に沿う。例えば、第１接続部３１及び第２接続部３２が設けられる場合、第１領域５０ｐと第２領域５０ｑとを結ぶ方向は、第１接続部３１と第２接続部３２とを結ぶ方向に沿う。

第１領域５０ｐは、Ｚ軸方向において、積層体（例えば第１積層体Ｓ０１及び第２積層体Ｓ０２など）と重なる。例えば、第２領域５０ｑの少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第１端子３８ａ及び第２接続部３２の少なくともいずれかと重なっても良い。

熱電変換装置１５０においては、例えば、基体５０ｓにおいて、他の部分よりも熱伝導率が低い領域（第２領域５０ｑ）が設けられる。これにより、基体５０ｓにおける熱の伝導が抑制される。例えば、高温部分と低温部分との間における温度差を大きく維持できる。熱電変換装置１５０によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

例えば、熱電変換装置１５０において、基板側から半導体層への熱の伝導が抑制される。例えば、熱電変換装置１５０において、低温側の温度上昇を抑えることができる。単位面積当たりの出力を向上できる。

以下、熱電変換装置１５０の製造方法の例について説明する。

図２７（ａ）〜図２７（ｈ）、図２８（ａ）〜図２８（ｊ）、及び、図２９（ａ）〜図２９（ｊ）は、第５実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する模式図である。
図２７（ａ）、図２７（ｃ）、図２７（ｅ）、図２８（ａ）、図２８（ｃ）、図２８（ｅ）、図２８（ｇ）、図２８（ｉ）、図２９（ａ）、図２９（ｃ）、図２９（ｅ）、図２９（ｇ）及び図２９（ｉ）は、それぞれ、図２７（ｂ）、図２７（ｄ）、図２７（ｆ）、図２８（ｂ）、図２８（ｄ）、図２８（ｆ）、図２８（ｈ）、図２８（ｊ）、図２９（ｂ）、図２９（ｄ）、図２９（ｆ）、図２９（ｈ）及び図２９（ｊ）に示すＭ１−Ｍ２線断面図である。図２７（ｇ）及び図２７（ｈ）は、図２７（ｆ）のＭ１−Ｍ２線に対応する断面図である。図２７（ｂ）、図２７（ｄ）、図２７（ｆ）、図２８（ｂ）、図２８（ｄ）、図２８（ｆ）、図２８（ｈ）、図２８（ｊ）、図２９（ｂ）、図２９（ｄ）、図２９（ｆ）、図２９（ｈ）及び図２９（ｊ）は、それぞれ、図２７（ａ）、図２７（ｃ）、図２７（ｅ）、図２８（ａ）、図２８（ｃ）、図２８（ｅ）、図２８（ｇ）、図２８（ｉ）、図２９（ａ）、図２９（ｃ）、図２９（ｅ）、図２９（ｇ）及び図２９（ｉ）に示す矢印ＡＲから見た平面図である。

図２７（ａ）及び図２７（ｂ）に示すように、基板５０ｆの上にレジストパターン６１ａを形成する。レジストパターン６１ａは、リソグラフィにより形成される。基板５０ｆは、例えば、シリコン基板である。

図２７（ｃ）及び図２７（ｄ）に示すように、レジストパターン６１ａをマスクとして、基板５０ｆを例えばＲＩＥにより加工する。これにより、溝５０ｔが形成される。溝５０ｔの深さは、例えば、１０μｍである。

図２７（ｅ）及び図２７（ｆ）に示すように、溝５０ｔの中に、中間部材６１ｂを埋め込む。中間部材６１ｂは、例えば、有機材料である。中間部材６１ｂは、例えば、回転塗布により溝５０ｔ中に埋め込まれる。回転塗布の条件の調整により、中間部材６１ｂの上面の高さが、基板５０ｆの上面の高さと実質的に同じになる。

図２７（ｇ）に示すように、中間部材６１ｂは、基板５０ｆの上面の全体に設けられても良い。この後、例えば、エッチバックまたはＣＭＰの処理により、中間部材６１ｂの上面の高さが、基板５０ｆの上面の高さと実質的に同じになっても良い中間部材６１ｂの形成は、例えば、ＣＶＤにより行われても良い。

図２７（ｈ）に示すように、中間部材６１ｂと溝５０ｔとの間に空隙が生じても良い。

図２８（ａ）及び図２８（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜６１ｃを形成し、その上に、ポリシリコン膜６１ｄを形成する。シリコン酸化膜６１ｃの厚さは、例えば、約１００ｎｍである。ポリシリコン膜６１ｄの厚さは、約１００ｎｍである。これらの膜は、例えば、ＣＶＤにより形成される。これらの図では、１つのシリコン酸化膜６１ｃ、及び、１つのポリシリコン膜６１ｄが描かれている。シリコン酸化膜６１ｃ及びポリシリコン膜６１ｄが交互に複数回形成されても良い。

図２８（ｃ）及び図２８（ｄ）に示すように、開口部を有するレジスト６２ａを形成する。

図２８（ｅ）及び図２８（ｆ）に示すように、イオンインプランテーションにより、例えば、第２導電形の不純物を注入する。これにより、第２導電形の第２半導体膜１２ｆが形成される。この後、レジスト６２ａを除去する。

図２８（ｇ）及び図２８（ｈ）に示すように、開口部を有するレジスト６２ｂを形成する。レジスト６２ｂの開口部の位置は、レジスト６２ａの開口部の位置とは異なる。

図２８（ｉ）及び図２８（ｊ）に示すように、イオンインプランテーションにより、例えば、第１導電形の不純物を注入する。これにより、第１導電形の第１半導体膜１１ｆが形成される。

図２９（ａ）及び図２９（ｂ）に示すように、レジスト６２ｂを除去する。

図２９（ｃ）及び図２９（ｄ）に示すように、ブロック共重合体５３を成膜。ブロック共重合体５３は、スチレン含有部（例えばＰＳ）と、アクリル含有部（例えばＰＭＭＡ）と、を含む。ＰＳ／ＰＭＭＡの比率は、例えば、７／３である。ブロック共重合体５３の分子量は、例えば、１００ｋである。これにより、ＰＳ−ｂ−ＰＭＭＡのブロック共重合体５３が得られる。ブロック共重合体５３の膜は、例えば、回転塗布により形成される。形成された膜の厚さは、約５０ｎｍである。例えば、２４０℃で１８０秒のアニールが行われる。これにより、相分離が起こり自己組織化により微細パターンが得られる。自己組織化膜は、例えば、複数の第１膜部分５３ａ、及び、第２膜部分５３ｂを含む。複数の第１膜部分５３ａのそれぞれは、Ｚ軸方向に沿って延びる。複数の第１膜部分５３ａの１つのサイズ（Ｘ−Ｙ平面に沿う１つの方向の長さ）は、約２０ｎｍである。シリンダ状の構造が形成される。複数の第１膜部分５３ａは、例えば、実質的に六方状に並ぶ。

自己組織化膜（ブロック共重合体５３の膜）に、例えば、ＵＶ光を照射する。これにより、ＰＭＭＡシリンダの側鎖が切断される。この後、例えば、アルコール（イソプロピルアルコールなど）によるウエットエッチングを行う。これにより、ＰＭＭＡシリンダが除去される。これにより、自己組織化膜（ブロック共重合体５３の膜）に開口部（ホールパターン）が形成される。開口部のサイズは、約２０ｎｍである。

図２９（ｅ）及び図２９（ｆ）に示すように、開口部が形成された自己組織化膜（ブロック共重合体５３の膜）をマスクとして用い、半導体膜（第１半導体膜１１ｆ及び第２半導体膜１２ｆ）及びシリコン酸化膜６１ｃの一部を除去する。これにより、半導体膜（第１半導体膜１１ｆ及び第２半導体膜１２ｆ）及びシリコン酸化膜６１ｃに開口部が形成される。この開口部において、中間部材６１ｂが露出する。

図２９（ｇ）及び図２９（ｈ）に示すように、中間部材６１ｂを除去する。例えば、酸素プラズマによるアッシング処理を行う。これにより、開口部を介して、中間部材６１ｂが除去される。これにより、空洞５０ｈが形成される。これにより、第１領域５０ｐ及び第２領域５０ｑを含む基体５０ｓが得られる。第１半導体膜１１ｆから第１半導体層１１が得られる。第２半導体膜１２ｆから第２半導体層１２が得られる。

図２９（ｉ）及び図２９（ｊ）に示すように、配線部６３を形成する。配線部６３は、第１半導体層１１と第２半導体層１２とを電気的に接続する。配線部６３は、例えば、接続部に対応する。配線部６３は、例えば、タングステンなどの金属を含む。

上記の処理において、配線部６３の形成のための溝を形成した後に、この溝の少なくとも一部と、開口部と、を介して、中間部材６１ｂを除去しても良い。除去が容易になる。

第１領域５０ｐ及び第２領域５０ｑを含む基体５０ｓは、第１〜第４実施形態に係る熱電変換装置、及び、その変形の熱電変換装置に適用できる。

上記の製造方法において、微細パターンの形成は、自己組織化膜を利用する方法の他に、光を用いたリソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント及びＥＢ描画の少なくともいずれかが適用できる。

本実施形態においては、例えば、基体５０ｓにおいて、低温側の電極（例えば、接続部）の下の位置に、他の領域（第１領域５０ｐ）とは異なる熱伝導率を有する領域（第２領域５０ｑ）が設けられる。熱伝導率の異なる２つの領域の境界の少なくとも一部は、Ｚ軸方向において、第１半導体層１１及び第２半導体層１２と重なる。

第１積層体Ｓ０１及び第２積層体Ｓ０２（図１（ｂ）参照）が設けられる場合、第２領域５０ｑは、例えば、Ｚ軸方向において、第１積層体Ｓ０１及び第２積層体Ｓ０２と重なる。第２領域５０ｑのＸ−Ｙ平面に沿う面積は、これらの積層体の面積よりも大きくても良い。第２領域５０ｑは、複数の層を含み、複数の層の少なくとも２つの材料が互いに異なっても良い。

上記の製造方法は、例えば、基板に溝を形成する工程と、この溝に、埋め込み材を埋め込む工程と、絶縁膜を形成する工程と、ポリシリコンを形成する工程と、このポリシリコン上に微細パターンを形成する工程と、この微細パターンを上記のポリシリコン及び上記の絶縁膜にパターン転写する工程と、パターン転写後に埋め込み材を選択的に除去する工程と、を含む。例えば、上記の埋め込み材は、有機物を含んでも良い。上記の埋め込み材の埋め込みは、例えば、回転塗布で行われても良い。上記の埋め込み材の埋め込みは、ＣＶＤで行われても良い。上記の微細パターンの形成は、例えば、光リソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ＤＳＡ、ナノプリント及び電子描画からなる群から選択された少なくとも１つの実施を含んでも良い。上記の微細パターンのサイズは、例えば、１００ｎｍ以下である。上記の製造方法は、例えば、上記の埋め込み材の除去の後に、配線を形成する工程をさらに含んでも良い。

例えば、微細パターンを有するシリコン熱電変換部は、支持基板の上に形成される。例えば、支持基板を厚くすると、支持基板の厚さに対する相対的な熱電変換部の厚さが薄くなり、支持基板における熱伝導の影響が大きくなる。支持基板の熱伝導率が高いと熱電変換部における温度差が小さくなり、得られる電力が小さくなる。上記の実施形態によれば、例えば、支持基板からの熱伝導が抑制される。例えば、高い熱電変換出力が得られる。

（第６実施形態）
図３０（ａ）〜図３０（ｃ）、図３１（ａ）、図３１（ｂ）、図３２（ａ）及び図３２（ｂ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式図である。
図３０（ａ）は、図３２（ｂ）のＬ１−Ｌ２線断面図である。図３０（ｂ）は、図３０（ａ）のＫ１−Ｋ２線断面図である。図３０（ｃ）は、図３０（ａ）のＪ１−Ｊ２線断面図である。図３１（ａ）、図３１（ｂ）及び図３２（ａ）は、側面図である。図３２（ｂ）は、図３０（ａ）の矢印ＡＲから見た平面図である。

図３０（ａ）に示すように、本実施形態に係る熱電変換装置１６０は、複数の積層部Ｓｐを含む。複数の積層部Ｓｐは、第１方向（この例ではＺ軸方向）に並ぶ。

複数の積層部Ｓｐの１つは、複数の第１半導体部１１Ｐと、複数の第２半導体部１２Ｐと、第１導電層１８Ａと、を含む。複数の第１半導体部１１Ｐは第１導電形（例えばｎ形）であり、複数の第２半導体部１２Ｐは第２導電形（例えばｐ形）である。

複数の第１半導体部１１Ｐは、１つの平面（例えばＸ−Ｙ平面）に沿って並ぶ。この平面は、第１方向と交差する。複数の第２半導体部１２Ｐは、この１つの平面（例えばＸ−Ｙ平面）に沿って並ぶ。複数の第２半導体部１２Ｐは、Ｚ軸方向に沿って、複数の第１半導体部１１Ｐと離れる。

複数の第１半導体部１１Ｐの１つ（例えば、複数の第１半導体部１１Ｐのそれぞれ）は、第１方向に沿って延びる。複数の第２半導体部１２Ｐの１つ（例えば、複数の第２半導体部１２Ｐのそれぞれ）は、第１方向に沿って延びる。これらの半導体部は、第１方向に延びる柱状である。

複数の第１半導体部１１Ｐと、複数の第２半導体部１２Ｐと、の間に、第１導電層１８Ａが設けられる。第１導電層１８Ａは、複数の第１半導体部１１Ｐの少なくとも一部と、複数の第２半導体部１２Ｐの少なくとも一部と、を電気的に接続する。第１導電層１８Ａは、複数の第１半導体部１１Ｐを互いに電気的に接続する。第１導電層１８Ａは、複数の第２半導体部１２Ｐを互いに電気的に接続する。

例えば、Ｙ軸方向の一方の端と、Ｙ軸方向の他方の端と、の間に、温度差が設けられる。これにより、複数の第１半導体部１１ＰのＹ軸方向の一方の端（高温部分）において、キャリアが増える。複数の第１半導体部１１Ｐに生じたキャリアの少なくとも一部は、第１導電層１８Ａを介してＸ−Ｙ平面内に沿って流れる。一方、複数の第２半導体部１２ＰのＹ軸方向の一方の端（高温部分）においても、キャリアが増える。複数の第２半導体部１２Ｐに生じたキャリアの少なくとも一部は、第１導電層１８Ａを介してＸ−Ｙ平面内に沿って流れる。これらのキャリアの流れが電流となる。この電流が取り出される。このようにして、熱電変換が行われる。

実施形態においては、例えば柱状の複数の半導体部のグループが、第１導電層１８Ａを介して積層される。複数の第１半導体部１１Ｐは互いに離れている。複数の第２半導体部１２Ｐも互いに離れている。これにより、Ｘ−Ｙ平面方向における熱抵抗が大きくできる。熱伝導に起因した温度差の縮小が抑制できる。実施形態によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

熱電変換装置１６０においては、複数の上記の積層部Ｓｐが設けられる。これにより、単位面積当たりで得られる電流（電力）が大きくできる。単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

この例においては、熱電変換装置１６０は、第２導電層１８Ｂ、第３導電層１８Ｃ及び第４導電層１８Ｄを含む。

第２導電層１８Ｂは、複数の積層部Ｓｐの間に設けられる。第２導電層１８Ｂは、複数の積層部Ｓｐの１つに含まれる第１半導体部１１Ｐの少なくとも１つと、複数の積層部Ｓｐの別の１つに含まれる第２半導体部１２Ｐの少なくとも１つと、を電気的に接続する。または、第２導電層１８Ｂは、複数の積層部Ｓｐの１つに含まれる第２半導体部１２Ｐの少なくとも１つと、複数の積層部Ｓｐの別の１つに含まれる第１半導体部１１Ｐの少なくとも１つと、を電気的に接続する。

第４導電層１８Ｄは、第１方向（Ｚ軸方向）において、第３導電層１８Ｃと離れる。第３導電層１８Ｃと第４導電層１８Ｄとの間に、上記の複数の積層部Ｓｐ及び第２導電層１８Ｂが設けられる。第３導電層１８Ｃ及び第４導電層１８Ｄが、電流の出力端子となる。

例えば、複数の導電層がＺ軸方向に並び、複数の導電層の間に半導体部が設けられる。そして、この半導体部の導電形が、交互に変化する。

実施形態において、複数の半導体部（第１半導体部１１Ｐ及び第２半導体部１２Ｐ）の１つの第１方向に沿う長さは、この１つの半導体部の幅よりも長い。この幅は、第１方向に対して垂直な１つの方向（例えばＹ軸方向）の長さである。

複数の半導体部（第１半導体部１１Ｐ及び第２半導体部１２Ｐ）の１つの幅（例えばＹ軸方向の長さ）は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。複数の半導体部（第１半導体部１１Ｐ及び第２半導体部１２Ｐ）の２つの間の距離（最近接の距離）は、例えば、上記の幅の０．１倍以上１．５倍以下である。例えば、この距離は、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。

複数の半導体部（第１半導体部１１Ｐ及び第２半導体部１２Ｐ）の１つの長さ（第１方向に沿った長さ）は、例えば、０．５μｍ以上１０μｍ以下である。長さは、例えば、２μｍ５μｍ以下でも良い。長さは、例えば、約４μｍ以下である。

複数の半導体層部は、例えば、ポリシリコンを含む。複数の半導体部は、例えば、ゲルマニウムを含んでも良い。複数の半導体部は、Ｂｉ及びＴｅを含んでも良い。

上記の導電層（第１導電層１８Ａ、第２導電層１８Ｂ、第３導電層１８Ｃ及び第４導電層１８Ｄなど）の１つの厚さ（第１方向に沿う長さ）は、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下である。上記の導電層は、例えば、金属（タングステンなど）を含む。上記の導電層は、例えば、電極として機能しても良い。

熱電変換装置１６０は、基体５０ｓを含んでも良い。上記の半導体部及び導電層は、基体５０ｓの面５０ａの上に設けられる。基体５０ｓは、例えば、シリコン基板などを含む。基体５０ｓは、基体５０ｓと第３導電層１８Ａとの間に絶縁層５１が設けられている。絶縁層５１は、例えば、窒化シリコンを含む。絶縁層５１の厚さは、例えば、約１μｍである。基体５０ｓのＹ軸方向の長さは、例えば、約２０ｍｍである。

この例では、複数の半導体部の周りに絶縁部ＬＰ０が設けられる。絶縁部ＬＰ０は、導電層の一部を覆っても良い。後述するように、絶縁部ＬＰ０の少なくとも一部は、省略しても良い。図３０（ａ）に示すように、絶縁部ＬＰ０が、Ｙ軸方向において第１導電層１８Ａと重なる部分を有しても良い。この重なる部分のＹ軸方向の長さは、例えば、５ｍｍである。

以下、熱電変換装置１６０の製造方法の例について説明する。
図３３（ａ）〜図３３（ｄ）、図３４（ａ）〜図３４（ｄ）、及び、図３５（ａ）〜図３５（ｃ）は、第６実施形態に係る熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。

図３３（ａ）に示すように、基体５０ｓ（例えばシリコン基板）の面５０ａの上に、絶縁層５１（例えばシリコン窒化膜）が形成される。その上に、第３導電層１８Ｃとなる導電膜１８Ｃｆ（例えば、タングステン膜）を形成する。

図３３（ｂ）に示すように、導電膜１８Ｃｆの一部を除去して第３導電層１８Ｃが形成される。第３導電層１８Ｃの上に、絶縁膜１８ｆ（例えばシリコン酸化膜）を形成する。

図３３（ｃ）に示すように、平坦化処理を行う。

図３３（ｄ）に示すように、レジスト膜１８Ｒを形成する。レジスト膜１８Ｒは、複数の開口部を有する。開口部の形成は、光リソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ＤＳＡ、ナノプリントまたは電子描画などの方法が用いられる。レジスト膜１８Ｒをマスクとして用い、絶縁膜１８ｆの一部を除去する。絶縁膜１８ｆに孔が形成される。

図３４（ａ）に示すように、絶縁膜１８ｆの孔の中に第２導電形の半導体を埋め込み、平坦化する。この半導体は、例えば、ポリシリコンを含む。この半導体により、第２半導体部１２Ｐが形成される。

図３４（ｂ）に示すように、第１導電層１８Ａとなる導電膜１８Ａｆ（例えば、タングステン膜）を形成する。

図３４（ｃ）に示すように、導電膜１８Ａｆの一部を除去して、第１導電層１８Ａを形成する。第１導電層１８Ａの上に、絶縁膜１８ｇ（例えばシリコン酸化膜）を形成する。

図３４（ｄ）に示すように、平坦化処理を行う。

図３５（ａ）に示すように、レジスト膜１８Ｓを形成する。レジスト膜１８Ｓの形成には、例えば、レジスト膜１８Ｒの形成方法と同様の方法が用いられる。レジスト膜１８Ｒをマスクとして用い、絶縁膜１８ｇの一部を除去する。絶縁膜１８ｇに孔が形成される。

図３５（ｂ）に示すように、絶縁膜１８ｇの孔の中に第１導電形の半導体を埋め込み、平坦化する。この半導体は、例えば、ポリシリコンを含む。この半導体により、第１半導体部１１Ｐが形成される。

図３５（ｃ）に示すように、上記の工程を繰り返す。これにより、熱電変換装置１６０が作製される。

図３６（ａ）〜図３６（ｃ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図的断面である。
図３６（ｂ）は、図３６（ａ）のＫ１−Ｋ２線断面図である。図３６（ｃ）は、図３６（ａ）のＪ１−Ｊ２線断面図である。

これらの図に示すように、熱電変換装置１６１においては、絶縁部ＬＰ０が設けられていない。これ以外は、熱電変換装置１６０と同様である。

上記の熱電変換装置１６０の製造方法において、半導体部の形成の後に絶縁膜１８ｆ及び１８ｇなどが除去される。これにより、熱電変換装置１６１が製造できる。

熱電変換装置１６１においては、複数の第１半導体部１１Ｐの間の領域は、空洞となる。複数の第２半導体部１２Ｐの間の領域は、空洞となる。これにより、例えば、導電膜１８Ａと導電膜１８Ｂとの間における熱伝導を抑えることができる。温度差を大きく保つことができる。熱電変換装置１６１においても、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。空洞には、例えば、気体（空気）などが存在する。

図３７（ａ）〜図３７（ｃ）、図３８（ａ）、図３８（ｂ）、図３９（ａ）及び図３９（ｂ）は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置を例示する模式図である。
図３７（ａ）は、図３９（ｂ）のＬ１−Ｌ２線断面図である。図３７（ｂ）は、図３７（ａ）のＫ１−Ｋ２線断面図である。図３７（ｃ）は、図３７（ａ）のＪ１−Ｊ２線断面図である。図３８（ａ）、図３８（ｂ）及び図３９（ａ）は、側面図である。図３９（ｂ）は、図３７（ａ）の矢印ＡＲから見た平面図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る別の熱電変換装置１６２も、複数の積層部Ｓｐと複数の導電層（例えば、第１〜第４導電層１８Ａ〜１８Ｄ）を含む。熱電変換装置１６２においては、側壁絶縁部ＬＰ１が設けられ、絶縁部ＬＰ０が設けられない。これ以外は、熱電変換装置１６０と同様なので、説明を省略する。

側壁絶縁部ＬＰ１は、上記の導電層及び基体５０ｓとともに、複数の半導体部が設けられる空間を密閉する。気密の空間が形成される。この空間は、減圧されても良い。この空間は、真空と呼ばれる状態でも良い。

熱電変換装置１６０においては、複数の第１半導体部１１Ｐの間の領域は、空洞となる。複数の第２半導体部１２Ｐの間の領域は、空洞となる。これらの空洞は、減圧可能である。これにより、例えば、導電膜１８Ａと導電膜１８Ｂとの間における熱伝導を抑えることができる。温度差を大きく保つことができる。熱電変換装置１６１においても、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置が提供できる。

側壁絶縁部ＬＰ１は、例えば窒化シリコンを含む。実施形態において、側壁絶縁部ＬＰ１の材料は、任意である。

この例では、封止部１８Ｘが設けられている。この例では、第４導電層１８Ｄに開口部が設けられている。封止部１８Ｘは、この開口部を封止する。封止部１８Ｘは、例えば樹脂を含む。

以下、熱電変換装置１６２の製造方法の例について説明する。
図４０（ａ）〜図４０（ｄ）、図４１（ａ）〜図４１（ｄ）、図４２（ａ）〜図４２（ｄ）、図４３（ａ）〜図４３（ｄ）、図４４（ａ）、図４４（ｂ）及び図４５は、第６実施形態に係る別の熱電変換装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。

図４０（ａ）に示すように、基体５０ｓ（例えばシリコン基板）の面５０ａの上に設けられた絶縁層５１（例えばシリコン窒化膜）の上に、第３導電層１８Ｃとなる導電膜１８Ｃｆ（例えば、タングステン膜）を形成する。

図４０（ｂ）に示すように、導電膜１８Ｃｆの一部を除去して第３導電層１８Ｃが形成される。第３導電層１８Ｃの上に、絶縁膜１９ｆ（例えばシリコン酸化膜）を形成する。

図４０（ｃ）に示すように、平坦化処理を行う。

図４０（ｄ）に示すように、レジスト膜１８Ｒを形成する。レジスト膜１８Ｒは、複数の開口部を有する。開口部の形成は、光リソグラフィ、ＥＵＶリソグラフィ、ＤＳＡ、ナノプリントまたは電子描画などの方法が用いられる。レジスト膜１８Ｒをマスクとして用い、絶縁膜１９ｆの一部を除去する。絶縁膜１９ｆに孔が形成される。

図４１（ａ）に示すように、絶縁膜１９ｆの孔の中に第２導電形の半導体（例えば、ポリシリコン）を埋め込み、平坦化する。この半導体により、第２半導体部１２Ｐが形成される。

図４１（ｂ）に示すように、絶縁膜１９ｆの外縁部分の一部を除去する。

図４１（ｃ）に示すように、側壁絶縁部ＬＰ１の一部となる絶縁膜ＬＰｆ１を形成する。絶縁膜ＬＰｆ１は、例えば、シリコン窒化膜である。

図４１（ｄ）に示すように、平坦化する。例えば、第２半導体部１２Ｐが露出する。

側壁絶縁部ＬＰ１の一部となる絶縁膜ＬＰｆ１を形成する。絶縁膜ＬＰｆ１は、例えば、シリコン窒化膜である。

図４２（ａ）に示すように、第１導電層１８Ａとなる導電膜１８Ａｆ（例えば、タングステン膜）を形成する。

図４２（ｂ）に示すように、導電膜１８Ａｆの一部を除去して、第１導電層１８Ａを形成する。第１導電層１８Ａの上に、絶縁膜１９ｇ（例えばシリコン酸化膜）を形成する。

図４２（ｃ）に示すように、平坦化処理を行う。

図４２（ｄ）に示すように、レジスト膜１８Ｓを形成する。レジスト膜１８Ｓの形成には、例えば、レジスト膜１８Ｒの形成方法と同様の方法が用いられる。レジスト膜１８Ｒをマスクとして用い、絶縁膜１９ｇの一部を除去する。絶縁膜１９ｇに孔が形成される。

図４３（ａ）に示すように、絶縁膜１９ｇの孔の中に第１導電形の半導体（例えば、ポリシリコン）を埋め込み、平坦化する。この半導体により、第１半導体部１１Ｐが形成される。

図４３（ｂ）に示すように、絶縁膜１９ｇの外縁部分の一部を除去する。

図４３（ｃ）に示すように、側壁絶縁部ＬＰ１の別の一部となる絶縁膜ＬＰｇ１を形成する。絶縁膜ＬＰｇ１は、例えば、シリコン窒化膜である。

図４３（ｄ）に示すように、平坦化する。例えば、第２半導体部１２Ｐが露出する。

図４４（ａ）に示すように、上記の工程を繰り返す。これにより、複数の積層部Ｓｐ、及び、複数の導電層（第１〜第４導電層１８Ａ〜１８Ｄ）が形成される。

図４４（ｂ）に示すように、第４導電層１８Ｄに開口部１８Ｄｏを形成する。

図４５に示すように、開口部１８Ｄｏを介して、絶縁膜（絶縁膜１９ｆ及び絶縁膜１９ｇなど）を除去する。除去は、例えばウエットエッチングなどにより行われる。この後、形成された空間を減圧状態として、封止部１８Ｘ（例えば、樹脂）を形成する。
以上により、熱電変換装置１６１が作製される。

図４６（ａ）〜図４６（ｄ）は、実施形態に係る熱電変換装置を例示する模式的斜視図である。
これらの図は、実施形態に係る熱電変換装置の構成をモデル的に示している。これらの図においては、孔（例えば第１〜第４孔ＨＺ１〜ＨＺ４など）、及び、複数の積層部Ｓｐなどは省略されている。これらの図は、熱電変換装置における、半導体層（または半導体領域）の配置の組み合わせを例示している。

図４６（ａ）に示すように、熱電変換装置１７１において、第１半導体領域１１Ｌ及び第２半導体領域１２Ｌが設けられる。第１半導体領域１１Ｌは、第１半導体層１１が設けられる領域である。第２半導体領域１２Ｌは、第１半導体層１２が設けられる領域である。熱電変換装置１７１においては、第１半導体領域１１Ｌ及び第２半導体領域１２Ｌは、Ｚ軸方向（第１方向）に積層される。

図４６（ｂ）に示すように、熱電変換装置１７２においては、第１半導体領域１１Ｌと第２半導体領域１２Ｌとを結ぶ方向は、Ｚ軸方向（第１方向）に対して交差する。これらの領域は、面内で並ぶ。

上記の熱電変換装置１７１及び１７２のそれぞれを基本の単位として、複数のこれらの領域が設けられても良い。基本の単位において、単位電圧Ｖｅが得られる場合、Ｎ個の基本単位を直列に接続すると、得られる電圧は、Ｎ×Ｖｅとなる。基本の単位において、単位電流Ｉｅが得られる場合、Ｎ個の基本単位を並列に接続すると、得られる電流は、Ｎ×Ｉｅとなる。

図４６（ｃ）に示すように、熱電変換装置１７３においては、例えば、４つの熱電変換装置１７１が積層されて１つの積層ユニットとなる。４つのこの積層ユニットが、さらに、並列に接続される。

図４６（ｄ）に示すように、熱電変換装置１７４においては、例えば、４つの熱電変換装置１７２が積層されて１つの積層ユニットとなる。４つのこの積層ユニットが、さらに、並列に接続される。

実施形態において、複数のユニットは、直列及び並列に接続されても良い。例えば、複数のユニットの一部が直列に接続され、複数のユニットの別の一部が並列に接続されても良い。直列に接続される数が多いと、得られる電圧が高くなる。並列に接続される数が多いと、得られる電流が大きくなる。

複数のユニットの接続が切り替えられても良い。例えば、複数のユニットを電気的に接続する導電部の接続状態を変更することで、直列と並列とが互いに入れ替えられても良い。用途に応じた出力が得られる。

上記の実施形態においては、微細パターンを持つ熱電変換素子の集積が容易である。低コストの熱電変換モジュールを提供することができる。

図４７は、実施形態に係る熱電変換モジュールを例示する模式的斜視図である。
実施形態に係る熱電変換モジュール２１０は、実施形態に係る複数の熱電変換装置を含む。この例では、実施形態に係る複数の熱電変換装置として、熱電変換装置１１０が用いられている。熱電変換モジュール２１０に含まれる熱電変換装置は、上記の実施形態に係る任意の熱電変換装置及びその変形を含む。例えば、熱電変換モジュール２１０は、第１〜第６実施形態の１つに係る熱電変換装置と、第１〜第６実施形態の別の１つに係る熱電変換装置と、を含んでも良い。

複数の熱電変換モジュール２１０により、熱電変換モジュールシステム３１０が形成される。

例えば、ベース基板２６０の上に複数の熱電変換モジュール２１０が設けられる。複数の熱電変換モジュール２１０の１つにおいて、例えば、ｎ形半導体層とｐ形半導体層とを含む組みが、複数設けられる。複数の組みの数は、例えば、１０以上５００以下である。この数は、例であり、任意である。複数の熱電変換装置１１０の１つの、１つの方向における長さは、例えば、６０ｍｍであり、別の１つの方向における長さは、例えば、２５ｍｍであり、厚さは、２ｍｍである。これらの長さ及び厚さは、例であり、任意である。

このような複数の熱電変換モジュール２１０が、ベース基板２６０の上において、例えば、２つの方向に沿ってマトリクス状に配置される。複数の熱電変換モジュール２１０の１つと、複数の熱電変換モジュール２１０の別の１つが、例えば、直列または並列に電気的に接続される。この接続は、例えば、配線２５０により行われる。実施形態において、複数の熱電変換モジュール２１０の配置の状態は、任意である。例えば、複数の熱電変換装置１１０の１つと、複数の熱電変換装置１１０の別の１つと、が、直列または並列に電気的に接続されても良い。

例えば、ベース基板２６０が、高温部となる。ベース基板２６０とは反対側が、低温部となる。例えば、ベース基板２６０が、高温の、壁または配管などに取り付けられる。これにより、温度差が生じ、電力が得られる。

実施形態において、実施形態に係る複数の熱電変換装置を直列または並列に接続することで、所望の電圧または電流が得られる。本実施形態により、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換モジュールを提供できる。

実施形態によれば、単位面積当たりの出力を向上できる熱電変換装置を提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、熱電変換装置に含まれる半導体層、半導体部、接続部、導電層及び基体などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した熱電変換装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての熱電変換装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ｆ…半導体膜、 １１…第１半導体層、 １１Ｌ…第１半導体領域、 １１Ｐ…第１半導体部、 １１ｆ…第１半導体膜、 １１ｐ、１１ｑ…第１、第２端部、 １２…第２半導体層、 １２Ｌ…第２半導体領域、 １２Ｐ…第２半導体部、 １２ｆ…第２半導体膜、 １２ｒ、１２ｓ…第３、第４端部、 １３、１４…第３、第４半導体層、 １８Ａ〜１８Ｄ…第１〜第４導電層、 １８Ａｆ、１８Ｃｆ…導電膜、 １８Ｄｏ…開口部、 １８Ｒ、１８Ｓ…レジスト膜、 １８Ｘ…封止部、 １８ｆ、１８ｇ、１９ｆ、１９ｇ…絶縁膜、 ３１〜３３…第１〜第３接続部、 ３１ａ〜３１ｃ…第１〜第３接続領域、 ３８Ｒ…溝、 ３８ａ、３８ｂ…第１、第２端子、 ４０ａ〜４０ｆ…接続部、 ４１〜４４…第１〜第４接続部、 ４８ａ〜４８ｄ…第１〜第４端子、 ５０ａ…面、 ５０ｆ…基板、 ５０ｈ…空洞、 ５０ｐ…第１領域、 ５０ｑ…第２領域、 ５０ｓ…基体、 ５０ｔ…溝、 ５１…絶縁層、 ５１ａ…シリコン酸化膜、 ５１ｂ…有機物含有膜、 ５１ｃ…絶縁膜、 ５２…中性化膜、 ５３…ブロック共重合体、 ５３ａ、５３ｂ…第１、第２膜部分、 ５５ｃａ、５５ｃｂ…第１、第２導電膜、 ５５ｃｘ…中間部材、 ５５ｒａ、５５ｒｂ…第１、第２マスク、 ５５ｒａｏ、５５ｒｂｏ…開口部、 ５５ｔａ、５５ｔｂ…第１、第２溝、 ６１ａ…レジストパターン、 ６１ｂ…中間部材、 ６１ｃ…シリコン酸化膜、 ６１ｄ…ポリシリコン膜、 ６２ａ、６２ｂ…レジスト、 ６３…配線部、 １１０、１１１、１２０〜１２２、１３０、１４０、１４１、１５０、１６０〜１６２、１７１〜１７４…熱電変換装置、 ２１０…熱電変換モジュール、 ２５０…配線、 ２６０…ベース基板、 ３１０…熱電変換モジュールシステム、 ＡＲ…矢印、 Ｂ０１〜Ｂ０４…第１〜第４構造体、 ＣＰ…接続部、 ＣＰＳ１、ＣＰＳ２…第１、第２積層体間接続部、 ＨＺ０…孔、 ＨＺ１〜ＨＺ４…第１〜第４孔、 ＩＬ１〜ＩＬ４…第１〜第４層間絶縁層、 ＩＬｆ…絶縁膜、 ＩＬｆ１、ＩＬｆ２…第１、第２膜、 ＩＬｐ…層間絶縁膜、 ＬＰ０…絶縁部、 ＬＰ１…側壁絶縁部、 ＬＰｆ１、ＬＰｇ１…絶縁膜、 Ｓ０１〜Ｓ０４…第１〜第４積層体、 Ｓ０１ａ、Ｓ０１ｂ…第１、第２部分、 Ｓ０２ｃ、Ｓ０２ｄ…第３、第４部分、 Ｓ０１ｆ…積層膜、 ＳＡ１、ＳＡ２…第１、第２積層体、 ＳＡｆ…積層膜、 ＳＢ１〜ＳＢ４…第１〜第４積層体、 ＳＣ１、ＳＣ２…第１、第２積層体、 Ｓｆ１、Ｓｆ２…第１、第２半導体膜、 Ｓｐ…積層部

Claims (5)

1. 第１方向に並ぶ第１導電形の複数の第１半導体層を含む第１積層体であって、前記第１積層体は、前記第１積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第１孔を有した、前記第１積層体と、
   前記第１方向に並ぶ第２導電形の複数の第２半導体層を含む第２積層体であって、前記第１積層体から前記第２積層体に向かう方向は、前記第１方向と交差し、前記第２積層体は、前記第２積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第２孔を有した、前記第２積層体と、
   前記複数の第１半導体層の少なくとも１つと、前記複数の第２半導体層の少なくとも１つと、を電気的に接続する第１接続部と、
   を備えた熱電変換装置。
2. 第１方向に並ぶ複数の積層部を含む第１積層体であって、前記複数の積層部のそれぞれは、第１導電形の第１半導体層と、前記第１方向において前記第１半導体層と離れた第２導電形の第２半導体層と、を含み、前記第１積層体は、前記第１積層体の中を前記第１方向に延びる複数の第１孔を有した、前記第１積層体と、
   前記複数の積層部の１つの前記第１半導体層と、前記複数の積層部の前記１つの前記第２半導体層と、を電気的に接続する第１接続部と、
   を備えた、熱電変換装置。
3. 複数の第１積層体を含む第１構造体と、
   複数の第２積層体を含む第２構造体と、
   接続部と、
   を備え、
   前記複数の第１積層体のそれぞれは、第１方向に並ぶ第１導電形の複数の第１半導体層を含み、前記複数の第１半導体層の１つは、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延び、
   前記複数の第１積層体は、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って並び、
   前記複数の第２積層体のそれぞれは、前記第１方向に並ぶ第２導電形の複数の第２半導体層を含み、前記複数の第２半導体層の１つは、前記第２方向に沿って延び、
   前記複数の第２積層体は、前記第３方向に沿って並び、
   前記第１構造体から前記第２構造体に向かう方向は、前記第３方向に沿い、
   前記接続部は、前記複数の前記第１半導体層の少なくとも１つと前記複数の第２半導体層の少なくとも１つとを電気的に接続した、熱電変換装置。
4. 複数の第１積層体と
   第１接続部と
   第２接続部と、
   を備え、
   前記複数の第１積層体の１つは、第１方向に並ぶ複数の積層部を含み、前記複数の積層部の１つは、第１導電形の第１半導体層と、前記第１方向において前記第１半導体層と離れた第２導電形の第２半導体層と、を含み、前記第１半導体層及び前記第２半導体層は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延び、
   前記複数の第１積層体は、前記第１方向及び前記第２方向と交差する第３方向に沿って並び、
   前記第１接続部は、前記複数の積層部の１つの前記第１半導体層と、前記複数の積層部の前記１つの前記第２半導体層と、を電気的に接続し、
   前記第２接続部は、前記複数の積層部の前記１つの前記第２半導体層と、前記複数の積層部の別の１つの前記第１半導体層と、を電気的に接続した、熱電変換装置。
5. 面を有する基体をさらに備え、
   前記第１積層体は、前記面の上に設けられ、
   前記第１方向は前記面と交差し、
   前記基体は、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域と前記第２領域を結ぶ方向は、前記第１方向と交差し、
   前記第２領域の密度は、前記第１領域の密度よりも低い、請求項１〜４のいずれか１つに記載の熱電変換装置。

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