JP2020047631A - Thermoelectric element, power generation device, electronic device, and manufacturing method of thermoelectric element - Google Patents

Thermoelectric element, power generation device, electronic device, and manufacturing method of thermoelectric element Download PDF

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Abstract

To provide a thermoelectric element, a power generation device, an electronic device, and a manufacturing method of the thermoelectric element that can stabilize the amount of generated electric energy.SOLUTION: A thermoelectric element 1 that converts thermal energy into electric energy includes a first substrate 11a having a first main surface 11af, a second substrate 11b having a second main surface 11bf facing the first main surface 11af, a first electrode portion 12a separated from the second substrate 11b and a second electrode portion 12b having a different work function from the first electrode portion 12a, a support portion 13 provided between the first substrate 11a and the second substrate 11b, separated from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b, and containing metal, and an intermediate portion 14 provided between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b and containing nanoparticles.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy, a power generation device, an electronic device, and a method for manufacturing a thermoelectric element.

近年、熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する熱電素子の開発が盛んに行われている。特許文献1には、仕事関数差を有する電極間に発生する、絶対温度による電子放出現象を利用した熱電素子が開示されている。このような熱電素子は、電極間の温度差(ゼーベック効果)を利用した熱電素子に比較して、電極間の温度差が小さい場合であっても発電可能である。このため、より様々な用途への利用が期待されている。   2. Description of the Related Art In recent years, thermoelectric elements that generate electrical energy using thermal energy have been actively developed. Patent Document 1 discloses a thermoelectric element utilizing an electron emission phenomenon caused by an absolute temperature, which occurs between electrodes having a work function difference. Such a thermoelectric element can generate power even when the temperature difference between the electrodes is small as compared to a thermoelectric element using the temperature difference between the electrodes (Seebeck effect). For this reason, utilization for more various uses is expected.

特許文献1には、エミッタ電極層と、コレクタ電極層と、エミッタ電極層及びコレクタ電極層の表面に分散して配置され、エミッタ電極層とコレクタ電極層とをサブミクロン間隔で離間する電気絶縁性の球状ナノビーズとを備え、エミッタ電極層の仕事関数はコレクタ電極層の仕事関数よりも小さく、球状ナノビーズの粒子径は100nm以下である熱電素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses that an emitter electrode layer, a collector electrode layer, and an electrically insulating material which is dispersedly arranged on the surfaces of the emitter electrode layer and the collector electrode layer and separates the emitter electrode layer and the collector electrode layer at submicron intervals. A thermoelectric element is disclosed in which the work function of the emitter electrode layer is smaller than the work function of the collector electrode layer, and the particle diameter of the spherical nano beads is 100 nm or less.

特許第6147901号公報Japanese Patent No. 6147901

ここで、異なる仕事関数を有する一対の電極部を用いた熱電素子において、電気エネルギーの発生量には、各電極部の間隔(電極間ギャップ)が影響する。特に、電極間ギャップのバラつきが悪化するにつれて、電気エネルギーの発生量が不安定となる傾向にある。   Here, in a thermoelectric element using a pair of electrode parts having different work functions, the amount of electric energy generated is affected by the distance between the electrode parts (inter-electrode gap). In particular, as the variation in the gap between the electrodes worsens, the amount of generated electric energy tends to become unstable.

この点、特許文献1の開示技術では、球状ナノビーズを用いて各電極層を離間させている。このため、球状ビーズ径のバラつきに起因する電極間ギャップのバラつきの悪化を考慮しておらず、電気エネルギーの発生量が不安定となる恐れがある。上述した事情により、電気エネルギーの発生量の安定化が望まれている。   In this regard, in the technology disclosed in Patent Document 1, each electrode layer is separated using spherical nanobeads. For this reason, the deterioration of the gap between the electrodes caused by the variation of the diameter of the spherical beads is not taken into consideration, and the amount of generated electric energy may be unstable. Under the circumstances described above, it is desired to stabilize the amount of electric energy generated.

そこで本発明は、上述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、電気エネルギーの発生量の安定化を実現できる熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and has as its object to provide a thermoelectric element, a power generation device, an electronic device, and a thermoelectric element capable of stabilizing the amount of electric energy generated. It is to provide a manufacturing method.

第1発明に係る熱電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を備えることを特徴とする。   A thermoelectric element according to a first aspect of the present invention is a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy. The thermoelectric element is provided with a first substrate having a first main surface and separated from the first main surface in a first direction, A second substrate having a second main surface opposed to the first main surface; a first electrode portion provided on the first main surface and separated from the second substrate; provided on the second main surface A second electrode unit that is separated from the first substrate and the first electrode unit and has a work function different from that of the first electrode unit, and is provided between the first substrate and the second substrate. A supporting portion that is separated from the first electrode portion and the second electrode portion and that includes a metal; an intermediate portion that is provided between the first electrode portion and the second electrode portion and that includes nanoparticles; It is characterized by having.

第2発明に係る熱電素子は、第1発明において、前記第1基板を前記第1方向に貫通する第1貫通孔と、前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に設けられた第1配線層と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線と、をさらに備えることを特徴とする。   The thermoelectric element according to a second invention is the thermoelectric device according to the first invention, wherein the thermoelectric element is provided on a first through hole penetrating the first substrate in the first direction and on a surface of the first substrate facing the first main surface. And a first connection wiring electrically connected to the first electrode portion and the first wiring layer via the first through hole.

第3発明に係る熱電素子は、第2発明において、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔と、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に設けられた第2配線層と、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線と、をさらに備えることを特徴とする。   A thermoelectric element according to a third aspect of the present invention is the thermoelectric element according to the second aspect, wherein the thermoelectric element is provided on a second through hole penetrating the second substrate in the first direction, and on a surface of the second substrate facing the second main surface. A second wiring layer, and a second connection wiring electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer via the second through hole.

第4発明に係る熱電素子は、第1発明において、前記第1電極部及び前記支持部と接する引出配線をさらに備えることを特徴とする。   A thermoelectric element according to a fourth aspect of the present invention is the thermoelectric element according to the first aspect, further comprising a lead wiring in contact with the first electrode portion and the support portion.

第5発明に係る熱電素子は、第1発明〜第4発明の何れかにおいて、前記第1電極部と、前記第2電極部との間の電極間ギャップは、10μm以下であり、前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの1/10以下であることを特徴とする。   The thermoelectric element according to a fifth aspect is the thermoelectric element according to any one of the first to fourth aspects, wherein an inter-electrode gap between the first electrode part and the second electrode part is 10 μm or less, and the nanoparticle Has a diameter of 1/10 or less of the gap between the electrodes.

第6発明に係る熱電素子は、第1発明〜第5発明の何れかにおいて、前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、前記絶縁膜の厚さは、20nm以下であることを特徴とする。   In a thermoelectric element according to a sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the nanoparticles have an insulating film provided on a surface, and the thickness of the insulating film is 20 nm or less. It is characterized by.

第7発明に係る熱電素子は、第1発明〜第6発明の何れかにおいて、前記中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含むことを特徴とする。   A thermoelectric element according to a seventh aspect is characterized in that, in any one of the first to sixth aspects, the intermediate portion contains a solvent having a boiling point of 60 ° C. or more.

第8発明に係る熱電素子は、第1発明〜第6発明の何れかにおいて、前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すことを特徴とする。   A thermoelectric element according to an eighth aspect is characterized in that, in any one of the first to sixth aspects, the intermediate portion shows a state in which only the nanoparticles are filled.

第9発明に係る発電装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を備えた発電装置であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を備えることを特徴とする。   A power generation device according to a ninth invention is a power generation device including a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy, wherein the thermoelectric element includes a first substrate having a first main surface, and a first main surface. A second substrate provided in the first direction and having a second main surface facing the first main surface; and a first electrode portion provided on the first main surface and separated from the second substrate. A second electrode unit provided on the second main surface, separated from the first substrate and the first electrode unit, and having a work function different from that of the first electrode unit; A metal support portion provided between the second substrate and the first electrode portion and the second electrode portion, the metal portion being provided between the first electrode portion and the second electrode portion; And an intermediate portion containing nanoparticles.

第10発明に係る電子機器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、前記熱電素子は、第1主面を有する第1基板と、前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、を備えることを特徴とする。   An electronic device according to a tenth aspect is an electronic device including: a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy; and an electronic component that can be driven by using the thermoelectric element as a power supply. An element, a first substrate having a first main surface, a second substrate having a second main surface provided to be spaced apart from the first main surface in a first direction, and having a second main surface facing the first main surface; A first electrode portion provided on a first main surface and separated from the second substrate; and a first electrode provided on the second main surface and separated from the first substrate and the first electrode portion. A second electrode unit having a work function different from that of the first unit, the first substrate, and a support provided between the second substrate and separated from the first electrode unit and the second electrode unit and including a metal; And an intermediate part provided between the first electrode part and the second electrode part and containing nanoparticles. And wherein the Rukoto.

第11発明に係る熱電素子の製造方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、第1基板の第1主面上に、金属を含む第1支持部を形成し、第2基板の第2主面上に、金属を含む第2支持部を形成する支持部形成工程と、前記第1主面上に前記第1支持部と離間する第1電極部を形成し、前記第2主面上に前記第2支持部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部を形成する電極部形成工程と、前記第1電極部上に、ナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、前記第1電極部と、前記第2電極部とを第1方向に離間して対向するように、前記第1支持部と前記第2支持部とを接合する接合工程と、を備えることを特徴とする。   A method for manufacturing a thermoelectric element according to an eleventh aspect is a method for manufacturing a thermoelectric element that converts thermal energy into electric energy, wherein a first supporting portion including a metal is formed on a first main surface of a first substrate. Forming a second supporting portion including a metal on the second main surface of the second substrate, and forming a first electrode portion separated from the first supporting portion on the first main surface. An electrode part forming step of forming a second electrode part having a work function different from that of the first electrode part, the electrode part being separated from the second support part on the second main surface; An intermediate part forming step of forming an intermediate part containing nanoparticles, wherein the first support part and the second support part are arranged such that the first electrode part and the second electrode part are opposed to each other in a first direction. And a joining step of joining the supporting portion.

第12発明に係る熱電素子の製造方法は、第11発明において、前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に第1配線層を形成する配線層形成工程と、前記第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する接続配線形成工程と、をさらに備え、前記中間部形成工程は、前記接合工程の後、前記第1貫通孔を介して前記中間部を形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a thermoelectric element according to a twelfth aspect, in the eleventh aspect, wherein a wiring layer forming step of forming a first wiring layer on a surface of the first substrate facing the first main surface; Forming a first through-hole penetrating through the first through hole in a first direction, and a first connection electrically connected to the first electrode portion and the first wiring layer via the first through-hole. A connection wiring forming step of forming a wiring, wherein the intermediate part forming step forms the intermediate part via the first through hole after the joining step.

第13発明に係る熱電素子の製造方法は、第12発明において、前記配線層形成工程は、前記第1配線層を形成すると同時に、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に第2配線層を形成し、前記貫通孔形成工程は、前記第1貫通孔を形成すると同時に、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔を形成し、前記接続配線形成工程は、前記第1接続配線を形成すると同時に、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成することを特徴とする。   In a method for manufacturing a thermoelectric element according to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the wiring layer forming step includes forming the first wiring layer and simultaneously forming the first wiring layer on a surface of the second substrate facing the second main surface. Forming a second wiring layer and forming the first through hole at the same time as forming the first through hole, and forming a second through hole penetrating the second substrate in the first direction; Forming the first connection wiring and simultaneously forming a second connection wiring electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer via the second through-hole at the same time as forming the first connection wiring. I do.

第1発明〜第10発明によれば、支持部は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向に沿った支持部の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to the first to tenth aspects, the support portion includes a metal. For this reason, thickness variation of the support portion along the first direction can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、第1発明〜第10発明によれば、支持部は、第1電極部及び第2電極部と離間して設けられる。このため、支持部の形成に伴う各電極部の対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   According to the first to tenth aspects of the invention, the support portion is provided separately from the first electrode portion and the second electrode portion. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions facing each other due to the formation of the support portion. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion.

特に、第2発明によれば、第1接続配線は、第1貫通孔を介して、第1電極部及び第1配線層と電気的に接続される。このため、第1接続配線は、熱電素子の内部側で第1電極部と接続させることができる。これにより、第1電極部と接続される第1接続配線の劣化を抑制することが可能となる。   In particular, according to the second aspect, the first connection wiring is electrically connected to the first electrode portion and the first wiring layer via the first through hole. For this reason, the first connection wiring can be connected to the first electrode portion inside the thermoelectric element. This makes it possible to suppress the deterioration of the first connection wiring connected to the first electrode unit.

特に、第2発明によれば、第1貫通孔は、第1基板を第1方向に貫通する。このため、第1貫通孔を介して中間部の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子の使用に伴い中間部を交換する必要が発生した場合、容易に中間部の交換を実施することが可能となる。   In particular, according to the second aspect, the first through hole penetrates the first substrate in the first direction. Therefore, the filling of the intermediate portion can be easily performed through the first through hole. This makes it possible to simplify the manufacturing process. In addition, when it becomes necessary to replace the intermediate part due to the use of the thermoelectric element, the intermediate part can be easily replaced.

特に、第3発明によれば、第2接続配線は、第2貫通孔を介して、第2電極部及び第2配線層と電気的に接続される。このため、第2接続配線は、熱電素子の内部側で第2電極部と接続させることができる。これにより、各電極部と接続される各接続配線の劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線は、第1接続配線と同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。   In particular, according to the third aspect, the second connection wiring is electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer via the second through hole. For this reason, the second connection wiring can be connected to the second electrode portion inside the thermoelectric element. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration of each connection wiring connected to each electrode unit. Further, the second connection wiring can be formed in the same structure as the first connection wiring, so that the manufacturing process can be simplified.

特に、第4発明によれば、引出配線は、第1電極部及び支持部と接する。このため、第1電極部と、外部配線との電気的接続や、熱電素子の検査を容易化することが可能となる。   In particular, according to the fourth aspect, the lead wiring is in contact with the first electrode portion and the support portion. For this reason, it is possible to facilitate the electrical connection between the first electrode portion and the external wiring and the inspection of the thermoelectric element.

特に、第5発明によれば、ナノ粒子の直径は、電極間ギャップの1/10以下である。このため、第1電極部と、第2電極部との間に、ナノ粒子を含む中間部を容易に形成することができる。これにより、熱電素子を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。   In particular, according to the fifth aspect, the diameter of the nanoparticles is 1/10 or less of the gap between the electrodes. For this reason, an intermediate part containing nanoparticles can be easily formed between the first electrode part and the second electrode part. This makes it possible to improve workability when manufacturing the thermoelectric element.

特に、第6発明によれば、ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有する。このため、第1電極部から生成した電子は、例えばトンネル効果等によりナノ粒子間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量を増加させることが可能となる。   In particular, according to the sixth aspect, the nanoparticles have the insulating film provided on the surface. For this reason, the electrons generated from the first electrode unit can easily move between the nanoparticles by, for example, a tunnel effect or the like. This makes it possible to increase the amount of electric energy generated.

特に、第7発明によれば、中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒の気化を抑制することができる。これにより、溶媒の気化に伴う熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。   In particular, according to the seventh aspect, the intermediate portion contains a solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher. Therefore, even when the thermoelectric element is used in an environment at room temperature or higher, vaporization of the solvent can be suppressed. This makes it possible to suppress deterioration of the thermoelectric element due to evaporation of the solvent.

特に、第8発明によれば、中間部は、ナノ粒子のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。   In particular, according to the eighth aspect, the intermediate portion shows a state where only the nanoparticles are filled. For this reason, even when the thermoelectric element is used in a high-temperature environment, there is no need to consider vaporization of the solvent and the like. This makes it possible to suppress deterioration of the thermoelectric element in a high-temperature environment.

第11発明〜第13発明によれば、接合工程は、金属を含む第1支持部と、金属を含む第2支持部とを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向に沿った支持部の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to the eleventh invention to the thirteenth invention, in the joining step, the first support portion containing a metal and the second support portion containing a metal are joined. For this reason, thickness variation of the support portion along the first direction can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、第11発明〜第13発明によれば、電極部形成工程は、第1支持部と離間する第1電極部を形成し、第2支持部と離間する第2電極部を形成する。このため、各支持部を接合するとき、各電極部の対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   According to the eleventh invention to the thirteenth invention, in the electrode part forming step, the first electrode part separated from the first support part is formed, and the second electrode part separated from the second support part is formed. For this reason, when joining each support part, it can prevent that the area which each electrode part opposes decreases. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of each support.

特に、第12発明によれば、接続配線形成工程は、第1貫通孔を介して、第1電極部及び第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する。このため、第1接続配線は、熱電素子の内部側で第1電極部と接続させることができる。これにより、第1電極部と接続される第1接続配線の劣化を抑制することが可能となる。   In particular, according to the twelfth aspect, in the connection wiring forming step, the first connection wiring electrically connected to the first electrode portion and the first wiring layer is formed through the first through hole. For this reason, the first connection wiring can be connected to the first electrode portion inside the thermoelectric element. This makes it possible to suppress the deterioration of the first connection wiring connected to the first electrode unit.

特に、第12発明によれば、貫通孔形成工程は、第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する。このため、第1貫通孔を介して中間部の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子の使用に伴い中間部を交換する必要が発生した場合、容易に中間部の交換を実施することが可能となる。   In particular, according to the twelfth aspect, in the through-hole forming step, a first through-hole penetrating the first substrate in the first direction is formed. Therefore, the filling of the intermediate portion can be easily performed through the first through hole. This makes it possible to simplify the manufacturing process. In addition, when it becomes necessary to replace the intermediate part due to the use of the thermoelectric element, the intermediate part can be easily replaced.

特に、第13発明によれば、接続配線形成工程は、第2貫通孔を介して、第2電極部及び第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成する。このため、第2接続配線は、熱電素子の内部側で第2電極部と接続させることができる。これにより、各電極部と接続される各接続配線の劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線は、第1接続配線と同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。   In particular, according to the thirteenth aspect, in the connection wiring forming step, the second connection wiring electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer is formed through the second through hole. For this reason, the second connection wiring can be connected to the second electrode portion inside the thermoelectric element. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration of each connection wiring connected to each electrode unit. Further, the second connection wiring can be formed in the same structure as the first connection wiring, so that the manufacturing process can be simplified.

図1(a)は、第1実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図1(b)は、図1(a)における1B−1B線に沿った模式平面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a power generator and a thermoelectric element according to the first embodiment, and FIG. 1B is a schematic plan view taken along line 1B-1B in FIG. FIG. 図2(a)は中間部の一例を示す模式断面図であり、図2(b)は中間部の他の例を示す模式断面図である。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the intermediate portion, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the intermediate portion. 図3は、第1実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the method for manufacturing a thermoelectric element according to the first embodiment. 図4(a)〜図4(c)は、第1実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式図である。4A to 4C are schematic diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a thermoelectric element according to the first embodiment. 図5(a)及び図5(b)は、第1実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a thermoelectric element according to the first embodiment. 図6(a)は、第2実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図6(b)は、図6(a)における6B−6B線に沿った模式平面図である。FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a power generator and a thermoelectric element according to the second embodiment, and FIG. 6B is a schematic plan view taken along line 6B-6B in FIG. FIG. 図7(a)は、第3実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図7(b)は、図7(a)における7B−7B線に沿った模式平面図である。FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a power generator and a thermoelectric element according to the third embodiment, and FIG. 7B is a schematic plan view taken along line 7B-7B in FIG. FIG. 図8は、第3実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a thermoelectric element according to the third embodiment. 図9(a)〜図9(d)は、第3実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。9A to 9D are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a thermoelectric element according to the third embodiment. 図10(a)〜図10(c)は、第3実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。FIGS. 10A to 10C are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a thermoelectric element according to the third embodiment. 図11(a)は、第4実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図11(b)は、図11(a)における11B−11B線に沿った模式平面図であり、図11(c)は、第4実施形態に係る熱電素子の変形例を示す模式平面図である。FIG. 11A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a power generator and a thermoelectric element according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is a schematic plan view taken along line 11B-11B in FIG. FIG. 11C is a schematic plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element according to the fourth embodiment. 図12(a)は、第5実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図12(b)は、図12(a)における12B−12B線に沿った模式平面図である。FIG. 12A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a power generator and a thermoelectric element according to the fifth embodiment, and FIG. 12B is a schematic plan view taken along line 12B-12B in FIG. FIG. 図13(a)〜図13(d)は、熱電素子を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図であり、図13(e)〜図13(h)は、熱電素子を含む発電装置を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。FIGS. 13A to 13D are schematic block diagrams illustrating an example of an electronic device including a thermoelectric element. FIGS. 13E to 13H illustrate a power generation device including a thermoelectric element. It is a schematic block diagram which shows the example of the electronic device provided.

以下、本発明の実施形態における熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法それぞれの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、各電極部が積層される高さ方向を第1方向Zとし、第1方向Zと交差、例えば直交する1つの平面方向を第2方向Xとし、第1方向Z及び第2方向Xのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第3方向Yとする。   Hereinafter, an example of each of a thermoelectric element, a power generation device, an electronic device, and a method for manufacturing a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, a height direction in which the electrode units are stacked is defined as a first direction Z, and a plane direction that intersects with the first direction Z, for example, one plane direction that is orthogonal to the first direction Z is defined as a second direction X. Another plane direction that intersects, for example, is orthogonal to each of the two directions X is defined as a third direction Y.

(第1実施形態)
<発電装置100>
図1は、第1実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図1(a)は、第1実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図1(b)は、図1(a)における1B−1B線に沿った模式平面図である。
(1st Embodiment)
<Generator 100>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a power generator 100 and a thermoelectric element 1 according to the first embodiment. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the power generation device 100 and the thermoelectric element 1 according to the first embodiment, and FIG. 1B is along a line 1B-1B in FIG. It is a schematic plan view.

図1に示すように、発電装置100は、熱電素子1と、第1配線101と、第2配線102とを含む。熱電素子1は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような熱電素子1を備えた発電装置100は、例えば、図示せぬ熱源に搭載又は設置され、熱源の熱エネルギーを元として、熱電素子1が発生させた電気エネルギーを、第1配線101及び第2配線102を介して負荷Rへ出力する。負荷Rの一端は第1配線101と電気的に接続され、他端は第2配線102と電気的に接続される。負荷Rは、例えば電気的な機器を示している。負荷Rは、発電装置100を主電源又は補助電源に用いて駆動される。   As shown in FIG. 1, the power generation device 100 includes a thermoelectric element 1, a first wiring 101, and a second wiring 102. The thermoelectric element 1 converts heat energy into electric energy. The power generation device 100 including the thermoelectric element 1 is mounted or installed on, for example, a heat source (not shown), and uses the heat energy of the heat source to generate the electric energy generated by the thermoelectric element 1 using the first wiring 101 and the first wiring 101. Output to the load R via the second wiring 102. One end of the load R is electrically connected to the first wiring 101, and the other end is electrically connected to the second wiring 102. The load R indicates, for example, an electrical device. The load R is driven using the power generator 100 as a main power supply or an auxiliary power supply.

熱電素子1の熱源としては、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の電子デバイス又は電子部品、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子、自動車等のエンジン、及び工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等を利用することができる。例えば、電子デバイス、電子部品、発光素子、エンジン、及び生産設備等は人工熱源である。人体、太陽光、及び環境温度等は自然熱源である。熱電素子1を備えた発電装置100は、例えばIoT(Internet of Things)デバイス及びウェアラブル機器等のモバイル機器や自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池の代替又は補助として用いることができる。さらに、発電装置100は、太陽光発電等のような、より大型の発電装置への応用も可能である。   As a heat source of the thermoelectric element 1, for example, an electronic device or an electronic component such as a CPU (Central Processing Unit), a light emitting element such as an LED (Light Emitting Diode), an engine such as an automobile, and a production facility of a factory, a human body, and sunlight , And ambient temperature. For example, electronic devices, electronic components, light emitting elements, engines, production facilities, and the like are artificial heat sources. The human body, sunlight, environmental temperature, etc. are natural heat sources. The power generation device 100 including the thermoelectric element 1 can be provided inside a mobile device such as an IoT (Internet of Things) device or a wearable device, or a self-contained sensor terminal, and can be used as a substitute or auxiliary for a battery. Further, the power generation device 100 can be applied to a larger power generation device such as a solar power generation.

<熱電素子1>
熱電素子1は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。熱電素子1は、発電装置100内に設けるだけでなく、熱電素子1自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、熱電素子1自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となる。
<Thermoelectric element 1>
The thermoelectric element 1 converts, for example, the heat energy generated by the artificial heat source or the heat energy of the natural heat source into electric energy to generate a current. The thermoelectric element 1 can be provided not only in the power generation device 100 but also in the mobile device, the self-standing sensor terminal, or the like. In this case, the thermoelectric element 1 itself serves as a substitute part or auxiliary part of the battery, such as the mobile device or the self-contained sensor terminal.

熱電素子1は、基板11と、第1電極部12aと、第2電極部12bと、支持部13と、中間部14とを備える。   The thermoelectric element 1 includes a substrate 11, a first electrode unit 12a, a second electrode unit 12b, a support unit 13, and an intermediate unit 14.

基板11は、第1基板11aと、第2基板11bとを有する。第1基板11aは、第1方向Zと交わる第1主面11afを有する。第2基板11bは、第1主面11afと第1方向Zに離間して設けられる。第2基板11bは、第1主面11afと対向し、第1方向Zと交わる第2主面11bfを有する。   The substrate 11 has a first substrate 11a and a second substrate 11b. The first substrate 11a has a first main surface 11af crossing the first direction Z. The second substrate 11b is provided apart from the first main surface 11af in the first direction Z. The second substrate 11b has a second main surface 11bf facing the first main surface 11af and intersecting with the first direction Z.

第1電極部12aは、第1主面11af上に接して設けられる。第1電極部12aは、第2基板11bと離間する。第2電極部12bは、第2主面11bf上に接して設けられる。第2電極部12bは、第1基板11a及び第1電極部12aと離間して対向する。第2電極部12bは、第1電極部12aとは異なる仕事関数を有する。   The first electrode portion 12a is provided in contact with the first main surface 11af. The first electrode unit 12a is separated from the second substrate 11b. The second electrode portion 12b is provided in contact with the second main surface 11bf. The second electrode portion 12b faces the first substrate 11a and the first electrode portion 12a while being separated from each other. The second electrode unit 12b has a work function different from that of the first electrode unit 12a.

支持部13は、第1基板11aと、第2基板11bとの間に設けられる。支持部13は、第1主面11af及び第2主面11bfと連接する。支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間する。支持部13は、金属を含む。   The support 13 is provided between the first substrate 11a and the second substrate 11b. The support 13 is connected to the first main surface 11af and the second main surface 11bf. The support part 13 is separated from the first electrode part 12a and the second electrode part 12b. The support 13 includes metal.

中間部14は、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に設けられる。中間部14は、ナノ粒子を含み、例えばナノ粒子が分散された溶媒を含んでもよい。   The intermediate part 14 is provided between the first electrode part 12a and the second electrode part 12b. The intermediate portion 14 includes nanoparticles, and may include, for example, a solvent in which the nanoparticles are dispersed.

熱電素子1は、ギャップ部14aを含む。ギャップ部14aは、例えば外界から隔離された空間を含む。ギャップ部14aは、例えば第1電極部12a、第2電極部12b、及び支持部13のそれぞれによって区画されている。中間部14は、ギャップ部14a内に設けられる。中間部14は、ギャップ部14a内において、例えば第1電極部12a、第2電極部12b、及び支持部13のそれぞれと接する。なお、熱電素子1の内部側とは、ギャップ部14aを含む部分を示し、熱電素子1の外部側とは、ギャップ部14aから離間した部分を示す。   The thermoelectric element 1 includes a gap portion 14a. The gap portion 14a includes, for example, a space isolated from the outside. The gap portion 14a is partitioned by, for example, each of the first electrode portion 12a, the second electrode portion 12b, and the support portion 13. The intermediate part 14 is provided in the gap part 14a. The intermediate portion 14 is in contact with, for example, each of the first electrode portion 12a, the second electrode portion 12b, and the support portion 13 in the gap portion 14a. The inside of the thermoelectric element 1 indicates a portion including the gap portion 14a, and the outside of the thermoelectric device 1 indicates a portion separated from the gap portion 14a.

以下、第1実施形態に係る熱電素子1及び発電装置100の構成を、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the configurations of the thermoelectric element 1 and the power generator 100 according to the first embodiment will be described in more detail.

<<第1基板11a、第2基板11b>>
第1基板11a及び第2基板11bのそれぞれの第1方向Zに沿った厚さは、例えば10μm以上2mm以下である。第1基板11a及び第2基板11bのそれぞれの材料としては、絶縁性を有する板状の材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、パイレックス(登録商標)等のガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。
<< First substrate 11a, second substrate 11b >>
The thickness of each of the first substrate 11a and the second substrate 11b along the first direction Z is, for example, not less than 10 μm and not more than 2 mm. As each material of the first substrate 11a and the second substrate 11b, a plate-shaped material having an insulating property can be selected. Examples of the insulating material include silicon, quartz, glass such as Pyrex (registered trademark), and insulating resin.

第1基板11a及び第2基板11bは、薄板状であるほか、例えばフレキシブルなフィルム状でもよい。例えば、第1基板11a又は第2基板11bを、フレキシブルなフィルム状とする場合には、例えばPET(polyethylene terephthalate)、PC(polycarbonate)、及びポリイミド等を用いることができる。   The first substrate 11a and the second substrate 11b may be in the form of a thin plate or, for example, a flexible film. For example, when the first substrate 11a or the second substrate 11b is formed into a flexible film, for example, PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), polyimide, or the like can be used.

第1基板11aと第2基板11bとの間(熱電素子1の内部側)には、第1電極部12a、第2電極部12b、支持部13、及び中間部14が挟まれる。このため、第1基板11a及び第2基板11bを備えることで、第1電極部12a、第2電極部12b、支持部13、及び中間部14のそれぞれの、外力や環境変化に伴った劣化や変形を抑制することもできる。したがって、熱電素子1の耐久性を高めることが可能である。   The first electrode part 12a, the second electrode part 12b, the support part 13, and the intermediate part 14 are sandwiched between the first substrate 11a and the second substrate 11b (inside the thermoelectric element 1). For this reason, by providing the first substrate 11a and the second substrate 11b, deterioration of the first electrode portion 12a, the second electrode portion 12b, the support portion 13, and the intermediate portion 14 due to external force or environmental change can be prevented. Deformation can also be suppressed. Therefore, the durability of the thermoelectric element 1 can be improved.

<<第1電極部12a、第2電極部12b>>
第1電極部12a及び第2電極部12bは、例えば図1(b)に示すように、第1方向Zから見て、四角形に形成される。第1電極部12aは、例えば図示しない第1基板11aに挿通された配線、及び第1端子111を介して第1配線101と電気的に接続される。第2電極部12bは、例えば図示しない第2基板11bに挿通された配線、及び第2端子112を介して第2配線102と電気的に接続される。なお、第1端子111及び第2端子112は、省略してもよい。また、図示しない配線の配置箇所等は、任意である。
<< First electrode portion 12a, second electrode portion 12b >>
The first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b are formed in a rectangular shape when viewed from the first direction Z, for example, as shown in FIG. The first electrode portion 12a is electrically connected to the first wiring 101 via, for example, a wiring inserted into the first substrate 11a (not shown) and the first terminal 111. The second electrode portion 12b is electrically connected to the second wiring 102 via, for example, a wiring inserted into the second substrate 11b (not shown) and the second terminal 112. Note that the first terminal 111 and the second terminal 112 may be omitted. The location of the wiring (not shown) is arbitrary.

第1電極部12aは、例えば白金(仕事関数:約5.65eV)を含み、第2電極部12bは、例えばタングステン(仕事関数:約4.55eV)を含む。仕事関数が大きい電極部はアノード(コレクタ電極)として機能し、仕事関数が小さい電極部はカソード(エミッタ電極)として機能する。本実施形態に係る熱電素子1では、第1電極部12aがアノードであり、第2電極部12bがカソードとして説明する。なお、第1電極部12aをカソードとし、第2電極部12bをアノードとしてもよい。   The first electrode unit 12a includes, for example, platinum (work function: about 5.65 eV), and the second electrode unit 12b includes, for example, tungsten (work function: about 4.55 eV). The electrode part having a large work function functions as an anode (collector electrode), and the electrode part having a small work function functions as a cathode (emitter electrode). In the thermoelectric element 1 according to the present embodiment, the first electrode portion 12a is described as an anode, and the second electrode portion 12b is described as a cathode. Note that the first electrode unit 12a may be used as a cathode and the second electrode unit 12b may be used as an anode.

熱電素子1では、仕事関数差を有する第1電極部12aと第2電極部12bとの間に発生する、絶対温度による電子放出現象が利用できる。このため、熱電素子1は、第1電極部12aと第2電極部12bとの温度差が小さい場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる。さらに、熱電素子1は、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に温度差がない場合、又は単一の熱源を用いる場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。   In the thermoelectric element 1, an electron emission phenomenon caused by an absolute temperature, which occurs between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b having a work function difference, can be used. Therefore, the thermoelectric element 1 can convert heat energy into electric energy even when the temperature difference between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b is small. Further, the thermoelectric element 1 converts heat energy into electric energy even when there is no temperature difference between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b or when using a single heat source. Can be.

第1電極部12a及び第2電極部12bそれぞれの第1方向Zに沿った厚さは、例えば1nm以上1mm以下でもよく、好ましくは1nm以上1μm以下、より好ましくは、1nm以上50nm以下である。第1電極部12aと第2電極部12bとの間の第1方向Zに沿った距離(電極間ギャップ)は、例えば、10μm以下の有限値である。より好ましくは、10nm以上100nm以下である。   The thickness of each of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b along the first direction Z may be, for example, 1 nm or more and 1 mm or less, preferably 1 nm or more and 1 μm or less, more preferably 1 nm or more and 50 nm or less. The distance (gap between electrodes) along the first direction Z between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b is, for example, a finite value of 10 μm or less. More preferably, it is 10 nm or more and 100 nm or less.

第1電極部12a及び第2電極部12bそれぞれの第1方向Zに沿った厚さ、並びに電極間ギャップのそれぞれを、上記範囲内に設定することにより、例えば、熱電素子1の第1方向Zに沿った厚さを薄くできる。これは、例えば、複数の熱電素子1を、第1方向Zに沿ってスタックさせる場合に有効である。また、各電極部12a、12bの平面バラつきを抑えることができ、電気エネルギーの発生量の安定性を向上させることができる。上記に加え、電極間ギャップを、上記範囲内に設定することにより、電子を効率良く放出させることが可能になるとともに、電子を第2電極部12b(カソード)から第1電極部12a(アノード)へ、効率よく移動させることも可能となる。   By setting the thickness of each of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b along the first direction Z and the gap between the electrodes within the above ranges, for example, the first direction Z of the thermoelectric element 1 can be set. Can be made thinner. This is effective, for example, when stacking a plurality of thermoelectric elements 1 along the first direction Z. In addition, it is possible to suppress variations in the planes of the electrode portions 12a and 12b, and to improve the stability of the amount of generated electric energy. In addition to the above, by setting the gap between the electrodes within the above range, electrons can be efficiently emitted, and electrons can be transferred from the second electrode portion 12b (cathode) to the first electrode portion 12a (anode). Can be moved efficiently.

第1電極部12aの材料、及び第2電極部12bの材料は、例えば、以下に示す金属から選ぶことができる。   The material of the first electrode portion 12a and the material of the second electrode portion 12b can be selected from, for example, the following metals.

白金(Pt)
タングステン(W)
アルミニウム(Al)
チタン(Ti)
ニオブ(Nb)
モリブデン(Mo)
タンタル(Ta)
レニウム(Re)
熱電素子1では、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に仕事関数差が生じればよい。したがって、第1電極部12a及び第2電極部12bの材料には、上記以外の金属を選ぶことが可能である。第1電極部12a及び第2電極部12bの材料として、金属のほか、合金、金属間化合物、及び金属化合物を選ぶことも可能である。金属化合物は、金属元素と非金属元素とが化合したものである。このような金属化合物の例としては、例えば六ホウ化ランタン(LaB6)を挙げることができる。
Platinum (Pt)
Tungsten (W)
Aluminum (Al)
Titanium (Ti)
Niobium (Nb)
Molybdenum (Mo)
Tantalum (Ta)
Rhenium (Re)
In the thermoelectric element 1, a work function difference may be generated between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. Therefore, it is possible to select a metal other than the above as a material of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. As a material of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b, an alloy, an intermetallic compound, and a metal compound can be selected in addition to metal. The metal compound is a compound of a metal element and a nonmetal element. An example of such a metal compound is, for example, lanthanum hexaboride (LaB 6 ).

第1電極部12a及び第2電極部12bの材料として、非金属導電物を選ぶことも可能である。非金属導電物の例としては、シリコン(Si:例えばp型Si、あるいはn型Si)、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。   As the material of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b, a non-metallic conductive material can be selected. Examples of the nonmetallic conductive material include silicon (Si: for example, p-type Si or n-type Si), and a carbon-based material such as graphene.

第1電極部12a又は第2電極部12bの材料として、高融点金属(refractory metal)以外の材料を選ぶと、以下に説明される利点を、さらに得ることができる。本明細書において、高融点金属は、例えば、W、Nb、Mo、Ta、及びReとする。第1電極部12a(アノード)に、例えばPtを用いた場合、第2電極部12b(カソード)には、Al、Si、Ti、及びLaB6の少なくとも1つを用いることが好ましい。 If a material other than a refractory metal is selected as the material of the first electrode portion 12a or the second electrode portion 12b, the advantages described below can be further obtained. In this specification, the high melting point metal is, for example, W, Nb, Mo, Ta, and Re. When, for example, Pt is used for the first electrode portion 12a (anode), it is preferable to use at least one of Al, Si, Ti, and LaB 6 for the second electrode portion 12b (cathode).

Al及びTiの融点は、上記高融点金属の融点より低い。したがって、Al及びTiからは、上記高融点金属に比較して、加工しやすい、という利点を得ることができる。   The melting points of Al and Ti are lower than the melting point of the high melting point metal. Therefore, Al and Ti can provide an advantage that they can be easily processed as compared with the above-mentioned refractory metals.

Siは、上記高融点金属に比較して、その形成が、さらに容易である。したがって、Siからは、上記加工のしやすさに加え、熱電素子1の生産性がより向上する、という利点を、さらに得ることができる。   Si is easier to form than the refractory metal. Therefore, from Si, the advantage that the productivity of the thermoelectric element 1 is further improved in addition to the ease of the processing described above can be further obtained.

LaB6の融点は、Nbの融点より高い。しかし、LaB6の融点は、W、Mo、Ta、及びReの融点より低い。LaB6は、W、Mo、Ta、及びReに比較して加工しやすい。しかも、LaB6の仕事関数は、約2.5〜2.7eVである。LaB6は、上記高融点金属に比較して電子を放出させやすい。したがって、LaB6からは、熱電素子1の発電効率の更なる向上が可能、という利点を、さらに得ることができる。 The melting point of LaB 6 is higher than the melting point of Nb. However, the melting point of LaB 6 is lower than the melting points of W, Mo, Ta, and Re. LaB 6 is easier to process than W, Mo, Ta, and Re. In addition, the work function of LaB 6 is about 2.5~2.7eV. LaB 6 easily emits electrons as compared with the high melting point metal. Therefore, from LaB 6 , the advantage that the power generation efficiency of the thermoelectric element 1 can be further improved can be further obtained.

なお、第1電極部12a及び第2電極部12bのそれぞれの構造は、上記材料を含む単層構造の他、上記材料を含む積層構造とされてもよい。   In addition, each structure of the 1st electrode part 12a and the 2nd electrode part 12b may be made into the laminated structure containing the said material other than the single layer structure containing the said material.

<<支持部13>>
支持部13は、第1支持部13aと、第2支持部13bとを有する。第1支持部13a及び第2支持部13bは、例えば図1(b)に示すように、第1方向Zから見て、中空の四角形状に形成され、各電極部12a、12b及び中間部14を囲む。第1支持部13a及び第2支持部13bは、第1方向Zに沿って互いに接して設けられる。
<<< support part 13 >>>
The support 13 has a first support 13a and a second support 13b. The first support portion 13a and the second support portion 13b are formed in a hollow rectangular shape when viewed from the first direction Z, as shown in FIG. 1B, for example, and each of the electrode portions 12a, 12b and the intermediate portion 14 is formed. Enclose. The first support portion 13a and the second support portion 13b are provided in contact with each other along the first direction Z.

第1支持部13aは、第1主面11afと接し、第2主面11bfと離間する。第1支持部13aと、第1電極部12aとの間の距離は、例えば電極間ギャップよりも大きい。第2支持部13bは、第2主面11bfと接し、第1主面11afと離間する。第2支持部13bと、第2電極部12bとの間の距離は、例えば電極間ギャップよりも大きい。   The first support portion 13a is in contact with the first main surface 11af and is separated from the second main surface 11bf. The distance between the first support part 13a and the first electrode part 12a is larger than, for example, the inter-electrode gap. The second support portion 13b is in contact with the second main surface 11bf and is separated from the first main surface 11af. The distance between the second support part 13b and the second electrode part 12b is larger than, for example, the inter-electrode gap.

第1支持部13aは、第2支持部13bと等しい形状を有するほか、例えば第2支持部13bとは異なる形状を有してもよい。ここで、「異なる形状」とは、第1方向Zにおける厚さ、第2方向Xにおける幅、及び第3方向Yにおける長さの少なくとも何れかが異なることを示す。第1支持部13aは、第2方向Xと交わる側面、又は第3方向Yと交わる端面において、第2支持部13bの側面又は端面と同一平面上に設けられるほか、例えば同一平面上に設けられなくてもよい。   The first support portion 13a has the same shape as the second support portion 13b, and may have, for example, a shape different from the second support portion 13b. Here, the “different shape” indicates that at least one of the thickness in the first direction Z, the width in the second direction X, and the length in the third direction Y is different. The first support portion 13a is provided on the same plane as the side surface or the end surface of the second support portion 13b on the side surface intersecting with the second direction X or the end surface intersecting with the third direction Y, for example, provided on the same plane. It is not necessary.

第1支持部13a及び第2支持部13bの材料として、金属が用いられ、例えば金、ニッケル、タングステン、タンタル、モリブデン、鉛、白金、銀、又はスズが用いられるほか、金及びクロムの積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる。各支持部13a、13bが金属を含むことで、各支持部13a、13bを形成する際の厚さを容易に制御できるほか、例えば各基板11a、11bからの押圧による変形が抑制され、各支持部13a、13bにおける厚さの変動を防ぐことができる。特に、各支持部13a、13bの表面に金を用いる場合、各支持部13a、13bの表面に露出した金同士を、例えば熱圧着接合法を用いて容易に接合することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができる。   As the material of the first support portion 13a and the second support portion 13b, a metal is used, for example, gold, nickel, tungsten, tantalum, molybdenum, lead, platinum, silver, or tin is used, and a laminate of gold and chromium is used. Or a laminate of gold and nickel. Since the supporting portions 13a and 13b include metal, the thickness of the supporting portions 13a and 13b when forming the supporting portions 13a and 13b can be easily controlled. For example, deformation due to pressing from the substrates 11a and 11b is suppressed, and Variations in thickness at the portions 13a and 13b can be prevented. In particular, when gold is used on the surfaces of the support portions 13a and 13b, the gold exposed on the surfaces of the support portions 13a and 13b can be easily bonded to each other using, for example, a thermocompression bonding method. Thereby, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy.

<<中間部14>>
中間部14は、例えば図2に示すように、第2電極部12b(カソード)から放出された電子を、第1電極部12a(アノード)へと移動させる部分である。図2(a)は、中間部14の一例を示す模式断面図である。図2(a)に示すように、中間部14は、例えば複数のナノ粒子141と、溶媒142とを含む。複数のナノ粒子141は、溶媒142内に分散される。中間部14は、例えば、ナノ粒子141が分散された溶媒142を、ギャップ部14a内に充填することで得られる。
<< intermediate part 14 >>
The intermediate part 14 is a part for moving electrons emitted from the second electrode part 12b (cathode) to the first electrode part 12a (anode), for example, as shown in FIG. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the intermediate section 14. As shown in FIG. 2A, the intermediate portion 14 includes, for example, a plurality of nanoparticles 141 and a solvent 142. The plurality of nanoparticles 141 are dispersed in the solvent 142. The intermediate portion 14 is obtained, for example, by filling the solvent 142 in which the nanoparticles 141 are dispersed into the gap portion 14a.

ナノ粒子141は、例えば導電物を含む。ナノ粒子141の仕事関数の値は、例えば、第1電極部12aの仕事関数の値と、第2電極部12bの仕事関数の値との間にある。例えば、複数のナノ粒子141は、3.0eV以上5.5eV以下の範囲内の仕事関数を含む。これにより、第1電極部12aと第2電極部12bとの間に放出された電子eを、ナノ粒子141を介して、例えば、第2電極部12b(カソード)から第1電極部12a(アノード)へと移動させることができる。これにより、中間部14内にナノ粒子141がない場合に比較して、電気エネルギーの発生量を増加させることが可能となる。   The nanoparticles 141 include, for example, a conductive material. The value of the work function of the nanoparticles 141 is, for example, between the value of the work function of the first electrode unit 12a and the value of the work function of the second electrode unit 12b. For example, the plurality of nanoparticles 141 include a work function in a range from 3.0 eV to 5.5 eV. Thereby, the electrons e emitted between the first electrode unit 12a and the second electrode unit 12b are transferred from the second electrode unit 12b (cathode) to the first electrode unit 12a (anode) via the nanoparticles 141, for example. ). This makes it possible to increase the amount of electric energy generated as compared with the case where the nanoparticles 141 are not present in the intermediate portion 14.

ナノ粒子141の材料の例としては、金及び銀の少なくとも1つを選ぶことができる。なお、中間部14は、第1電極部12aの仕事関数と、第2電極部12bの仕事関数との間の仕事関数を有するナノ粒子141を少なくとも一部含んでいればよい。したがって、ナノ粒子141の材料には、金及び銀以外の導電性材料を選ぶことも可能である。   As an example of the material of the nanoparticles 141, at least one of gold and silver can be selected. The intermediate portion 14 may include at least a part of the nanoparticles 141 having a work function between the work function of the first electrode portion 12a and the work function of the second electrode portion 12b. Therefore, as the material of the nanoparticles 141, a conductive material other than gold and silver can be selected.

ナノ粒子141の粒子径は、例えば、電極間ギャップの1/10以下の有限値とされる。具体的には、ナノ粒子141の粒子径は、2nm以上10nm以下である。また、ナノ粒子141は、例えば、平均粒径(例えばD50)3nm以上8nm以下の粒子径を有してもよい。平均粒径は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布計測器(例えばMicrotracBEL製Nanotrac WaveII-EX150等)を用いればよい。ナノ粒子141の粒子径を、例えば、電極間ギャップの1/10以下とすると、ギャップ部14a内にナノ粒子141を含む中間部14を形成し易くなる。これにより、熱電素子1の製造工程において、作業性を向上させることもできる。   The particle diameter of the nanoparticles 141 is, for example, a finite value of 1/10 or less of the gap between the electrodes. Specifically, the particle diameter of the nanoparticles 141 is 2 nm or more and 10 nm or less. The nanoparticles 141 may have, for example, an average particle diameter (for example, D50) of 3 nm or more and 8 nm or less. The average particle size can be measured, for example, by using a particle size distribution measuring device. As the particle size distribution measuring device, for example, a particle size distribution measuring device using a laser diffraction scattering method (for example, Nanotrac WaveII-EX150 manufactured by MicrotracBEL) may be used. When the particle diameter of the nanoparticles 141 is, for example, 1/10 or less of the gap between the electrodes, the intermediate portion 14 including the nanoparticles 141 is easily formed in the gap portion 14a. Thereby, workability can be improved in the manufacturing process of the thermoelectric element 1.

ナノ粒子141は、その表面に、例えば絶縁膜141aを有する。絶縁膜141aの材料の例としては、絶縁性金属化合物及び絶縁性有機化合物の少なくとも1つを選ぶことができる。絶縁性金属化合物の例としては、例えば、シリコン酸化物及びアルミナ等を挙げることができる。絶縁性有機化合物の例としては、アルカンチオール(例えばドデカンチオール)等を挙げることができる。絶縁膜141aの厚さは、例えば20nm以下の有限値である。このような絶縁膜141aをナノ粒子141の表面に設けておくと、電子eは、例えば、第2電極部12b(カソード)とナノ粒子141との間、及びナノ粒子141と第1電極部12a(アノード)との間を、トンネル効果を利用して移動できる。このため、例えば、熱電素子1の発電効率の向上が期待できる。   The nanoparticles 141 have, for example, an insulating film 141a on the surface. As an example of the material of the insulating film 141a, at least one of an insulating metal compound and an insulating organic compound can be selected. Examples of the insulating metal compound include, for example, silicon oxide and alumina. Examples of the insulating organic compound include alkanethiol (for example, dodecanethiol). The thickness of the insulating film 141a is a finite value of, for example, 20 nm or less. If such an insulating film 141a is provided on the surface of the nanoparticles 141, the electrons e can be, for example, between the second electrode portion 12b (cathode) and the nanoparticles 141, and between the nanoparticles 141 and the first electrode portions 12a. (Anode) can be moved using the tunnel effect. Therefore, for example, an improvement in the power generation efficiency of the thermoelectric element 1 can be expected.

溶媒142には、例えば、沸点が60℃以上の液体を用いることができる。このため、室温(例えば15℃〜35℃)以上の環境下において、熱電素子1を用いた場合であっても、溶媒142の気化を抑制することができる。これにより、溶媒142の気化に伴う熱電素子1の劣化を抑制することができる。液体の例としては、有機溶媒及び水の少なくとも1つを選ぶことができる。有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、テトラデカン、及びアルカンチオール等を挙げることができる。溶媒142は、電気的抵抗値が高く、絶縁性である液体がよい。   As the solvent 142, for example, a liquid having a boiling point of 60 ° C. or higher can be used. Therefore, in an environment at room temperature (for example, 15 ° C. to 35 ° C.) or more, even when the thermoelectric element 1 is used, vaporization of the solvent 142 can be suppressed. Thereby, the deterioration of the thermoelectric element 1 due to the vaporization of the solvent 142 can be suppressed. As an example of the liquid, at least one of an organic solvent and water can be selected. Examples of the organic solvent include methanol, ethanol, toluene, xylene, tetradecane, and alkanethiol. The solvent 142 is preferably a liquid having a high electric resistance value and an insulating property.

図2(b)は、中間部14の他の例を示す模式断面図である。図2(b)に示すように、中間部14は、溶媒142を含まず、ナノ粒子141のみを含むようにしてもよい。   FIG. 2B is a schematic cross-sectional view illustrating another example of the intermediate portion 14. As shown in FIG. 2B, the intermediate portion 14 may not include the solvent 142 but include only the nanoparticles 141.

中間部14が、ナノ粒子141のみを含むことで、例えば、熱電素子1を、高温の環境下に用いる場合であっても、溶媒142の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。   Since the intermediate portion 14 includes only the nanoparticles 141, for example, even when the thermoelectric element 1 is used in a high-temperature environment, there is no need to consider vaporization of the solvent 142. This makes it possible to suppress the deterioration of the thermoelectric element 1 in a high-temperature environment.

<<第1配線101及び第2配線102>>
第1配線101は、端子111及び図示しない第1基板11aに挿通された配線を介して、第1電極部12aと電気的に接続される。第2配線102は、端子112及び図示しない第2基板11bに挿通された配線を介して、第2電極部12bと電気的に接続される。
<< First Wiring 101 and Second Wiring 102 >>
The first wiring 101 is electrically connected to the first electrode unit 12a via a terminal 111 and a wiring inserted through the first substrate 11a (not shown). The second wiring 102 is electrically connected to the second electrode unit 12b via a terminal 112 and a wiring inserted into the second substrate 11b (not shown).

第1配線101及び第2配線102のそれぞれには、導電性を有する材料が用いられる。第1配線101及び第2配線102のそれぞれの材料の例としては、ニッケル、銅、銀、金、タングステン、及びチタンを挙げることができる。第1配線101及び第2配線102のそれぞれの構造は、熱電素子1において生成された電流を負荷Rへ供給できる構造であれば、任意に設計することができる。   A material having conductivity is used for each of the first wiring 101 and the second wiring 102. Examples of the material of each of the first wiring 101 and the second wiring 102 include nickel, copper, silver, gold, tungsten, and titanium. The structure of each of the first wiring 101 and the second wiring 102 can be arbitrarily designed as long as the current generated in the thermoelectric element 1 can be supplied to the load R.

<熱電素子1の動作>
熱エネルギーが熱電素子1に与えられると、例えば、第2電極部12b(カソード)から中間部14に向けて電子eが放出される。放出された電子eは、中間部14から第1電極部12a(アノード)へと移動する(図2参照)。この場合電流は、第1電極部12aから第2電極部12bに向かって流れる。このようにして、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。
<Operation of thermoelectric element 1>
When heat energy is given to the thermoelectric element 1, for example, electrons e are emitted from the second electrode portion 12b (cathode) toward the intermediate portion 14. The emitted electrons e move from the intermediate part 14 to the first electrode part 12a (anode) (see FIG. 2). In this case, the current flows from the first electrode unit 12a toward the second electrode unit 12b. In this way, heat energy is converted to electrical energy.

放出される電子eの量は、熱エネルギーに依存するほか、第1電極部12a(アノード)の仕事関数と、第2電極部12b(カソード)の仕事関数との差に依存する。また、放出される電子eの量は、第2電極部12bの仕事関数が小さい材料ほど、増加する傾向がある。   The amount of the emitted electrons e depends not only on the thermal energy but also on the difference between the work function of the first electrode 12a (anode) and the work function of the second electrode 12b (cathode). Also, the amount of emitted electrons e tends to increase as the work function of the second electrode portion 12b is lower.

移動する電子eの量は、例えば、第1電極部12aと第2電極部12bとの仕事関数差を大きくすること、又は電極間ギャップを小さくすることで増やすことができる。例えば、熱電素子1が発生させる電気エネルギーの量は、上記仕事関数差を大きくすること、及び上記電極間ギャップを小さくすること、の少なくとも何れか1つを考慮することで増加させることができる。   The amount of the moving electrons e can be increased by, for example, increasing the work function difference between the first electrode unit 12a and the second electrode unit 12b or reducing the gap between the electrodes. For example, the amount of electric energy generated by the thermoelectric element 1 can be increased by considering at least one of increasing the work function difference and decreasing the gap between the electrodes.

<第1実施形態:熱電素子1の製造方法>
次に、熱電素子1の製造方法の一例を、説明する。図3は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図4(a)〜図5(b)は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示す模式図である。
<First Embodiment: Method for Manufacturing Thermoelectric Element 1>
Next, an example of a method for manufacturing the thermoelectric element 1 will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the method for manufacturing the thermoelectric element 1 according to the present embodiment. 4A to 5B are schematic diagrams illustrating an example of a method for manufacturing the thermoelectric element 1 according to the present embodiment.

<<支持部形成工程S110>>
先ず、例えば図4(a)に示すように、第1基板11aの第1主面11af上に第1支持部13aを形成し、第2基板11bの第2主面11bf上に第2支持部13bを形成する(支持部形成工程S110)。各支持部13a、13bは、例えば図4(c)に示すように、第1方向Zから見て、中空の四角形状に形成される。
<< Supporting part forming step S110 >>
First, as shown in FIG. 4A, for example, a first support 13a is formed on a first main surface 11af of a first substrate 11a, and a second support is formed on a second main surface 11bf of a second substrate 11b. 13b is formed (support part forming step S110). Each of the support portions 13a and 13b is formed in a hollow rectangular shape when viewed from the first direction Z, for example, as shown in FIG.

支持部形成工程S110では、例えばスパッタリング法又は蒸着法等を用いた真空環境下で各支持部13a、13bを形成するほか、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、スプレイ印刷法等を用いた常圧環境下で各支持部13a、13bを形成してもよい。各支持部13a、13bとして、金属が用いられ、例えば金が用いられる。例えば各支持部13a、13bとして、例えば金及びクロムの積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる場合、各主面11af、11bf上にクロム又はニッケルが形成され、その上に金が形成される。これにより、各支持部13a、13bの上面に金が露出する。   In the support part forming step S110, in addition to forming each of the support parts 13a and 13b under a vacuum environment using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method, a normal pressure environment using, for example, a screen printing method, an inkjet method, a spray printing method, or the like. Each support 13a, 13b may be formed below. Metal is used for each of the support portions 13a and 13b, and for example, gold is used. For example, when a laminate of gold and chromium or a laminate of gold and nickel is used as each of the support portions 13a and 13b, chromium or nickel is formed on each of the main surfaces 11af and 11bf, and gold is formed thereon. Is done. Thus, the gold is exposed on the upper surfaces of the support portions 13a and 13b.

<<電極部形成工程S120>>
次に、例えば図4(b)に示すように、第1主面11af上に第1電極部12aを形成し、第2主面11bf上に第2電極部12bを形成する(電極部形成工程S120)。各電極部12a、12bは、例えば図4(c)に示すように、第1方向Zから見て、各支持部13a、13bに囲まれて四角形状に形成される。各電極部12a、12bは、各支持部13a、13bと離間して形成される。各電極部12a、12bは、各支持部13a、13bよりも薄く形成される。
<< electrode part forming step S120 >>
Next, as shown in FIG. 4B, for example, a first electrode portion 12a is formed on the first main surface 11af, and a second electrode portion 12b is formed on the second main surface 11bf (electrode portion forming step). S120). Each of the electrode portions 12a and 12b is formed in a quadrangular shape surrounded by the support portions 13a and 13b when viewed from the first direction Z, for example, as shown in FIG. Each of the electrode portions 12a and 12b is formed separately from each of the support portions 13a and 13b. Each of the electrode portions 12a and 12b is formed thinner than each of the support portions 13a and 13b.

電極部形成工程S120では、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて、各電極部12a、12bを形成するほか、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、及びスプレイ印刷法等を用いて形成してもよい。例えば、第1電極部12aとして白金が用いられ、第2電極部12bとしてアルミニウムが用いられるほか、それぞれ上述した材料が用いられてもよい。   In the electrode part forming step S120, the electrode parts 12a and 12b may be formed by using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method, or may be formed by using, for example, a screen printing method, an inkjet method, a spray printing method, or the like. For example, platinum is used for the first electrode portion 12a, aluminum is used for the second electrode portion 12b, and the above-described materials may be used.

<<中間部形成工程S130>>
次に、中間部14を形成する(中間部形成工程S130)。中間部形成工程S130では、例えば図5(a)に示すように、第1電極部12a上、及び第1支持部13aに囲まれた部分に、中間部14が形成される。なお、中間部形成工程S130では、例えば第2電極部12b上、及び第2支持部13bに囲まれた部分に、中間部14が形成されてもよい。
<< intermediate part forming step S130 >>
Next, the intermediate portion 14 is formed (intermediate portion forming step S130). In the intermediate portion forming step S130, for example, as shown in FIG. 5A, the intermediate portion 14 is formed on the first electrode portion 12a and in a portion surrounded by the first support portion 13a. In the intermediate part forming step S130, the intermediate part 14 may be formed, for example, on the second electrode part 12b and in a portion surrounded by the second support part 13b.

中間部形成工程S130では、例えばインクジェット法を用いて、中間部14を第1電極部12a上等に形成する。このとき、例えば中間部14は、第1支持部13aの厚さよりも厚く形成されてもよい。これにより、後述する接合工程S140において、中間部14が第2支持部13bに囲まれた部分にも形成され、各電極部12a、12bの間、及び各支持部13a、13bに囲まれたギャップ部14aに、中間部14を充填することができる。なお、中間部14として、例えば予めナノ粒子141を分散させた溶媒142が用いられる。   In the intermediate portion forming step S130, the intermediate portion 14 is formed on the first electrode portion 12a or the like by using, for example, an inkjet method. At this time, for example, the intermediate portion 14 may be formed thicker than the thickness of the first support portion 13a. Accordingly, in a bonding step S140 described later, the intermediate portion 14 is also formed in a portion surrounded by the second support portion 13b, and a gap between each of the electrode portions 12a and 12b and a gap surrounded by each of the support portions 13a and 13b. The part 14a can be filled with the intermediate part 14. In addition, as the intermediate part 14, for example, a solvent 142 in which the nanoparticles 141 are dispersed in advance is used.

<<接合工程S140>>
次に、第1電極部12aと、第2電極部12bとを第1方向Zに離間して対向するように、第1支持部13aと、第2支持部13bとを接合する(接合工程S140)。接合工程S140では、例えば図5(b)に示すように、第1支持部13aの上面と、第2支持部13bの上面とを接合する。このとき、各電極部12a、12b、各支持部13a、13b、及び中間部14は、各基板11a、11bに挟まれ、ギャップ部14aが形成される。
<< Joining step S140 >>
Next, the first support portion 13a and the second support portion 13b are joined so that the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b face each other while being separated in the first direction Z (joining step S140). ). In the joining step S140, for example, as shown in FIG. 5B, the upper surface of the first support 13a and the upper surface of the second support 13b are joined. At this time, the electrode portions 12a and 12b, the support portions 13a and 13b, and the intermediate portion 14 are sandwiched between the substrates 11a and 11b to form a gap portion 14a.

接合工程S140では、例えば熱圧着接合法により各支持部13a、13bの上面同士を当接させて加熱することで、各支持部13a、13bを接合する。この場合、各電極部12a、12bにおける電極間ギャップは、各支持部13a、13bの厚さ、及び各電極部12a、12bの厚さに依存する。   In the joining step S140, the support portions 13a and 13b are joined by bringing the upper surfaces of the support portions 13a and 13b into contact with each other and heating them by, for example, a thermocompression bonding method. In this case, the gap between the electrodes in each of the electrode portions 12a and 12b depends on the thickness of each of the support portions 13a and 13b and the thickness of each of the electrode portions 12a and 12b.

上述した工程を経て、本実施形態における熱電素子1が形成される。なお、形成された熱電素子1に、図1(a)に示す第1端子111、第2端子112、第1配線101、及び第2配線102等を接続することで、本実施形態における発電装置100を形成することができる。なお、例えば支持部形成工程S110を実施する前に、電極部形成工程S120を実施してもよい。   Through the above-described steps, the thermoelectric element 1 according to the present embodiment is formed. By connecting the first terminal 111, the second terminal 112, the first wiring 101, the second wiring 102, and the like shown in FIG. 1A to the formed thermoelectric element 1, the power generation device according to the present embodiment is connected. 100 can be formed. Note that, for example, before performing the support part forming step S110, the electrode part forming step S120 may be performed.

本実施形態によれば、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to the present embodiment, the support 13 includes metal. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the support portion 13 is provided separately from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions 12a and 12b facing each other due to the formation of the support portion 13. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion 13.

また、本実施形態によれば、ナノ粒子141の直径は、電極間ギャップの1/10以下である。このため、第1電極部12aと、第2電極部12bとの間に、ナノ粒子141を含む中間部14を容易に形成することができる。これにより、熱電素子1を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。   According to the present embodiment, the diameter of the nanoparticles 141 is 1/10 or less of the gap between the electrodes. Therefore, the intermediate portion 14 including the nanoparticles 141 can be easily formed between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. Thereby, when manufacturing the thermoelectric element 1, it is possible to improve the workability.

また、本実施形態によれば、ナノ粒子141は、表面に設けられた絶縁膜141aを有する。このため、第1電極部12aから生成した電子eは、例えばトンネル効果等によりナノ粒子141間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量を増加させることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the nanoparticles 141 have the insulating film 141a provided on the surface. Therefore, the electrons e generated from the first electrode portion 12a can easily move between the nanoparticles 141 due to, for example, a tunnel effect. This makes it possible to increase the amount of electric energy generated.

また、本実施形態によれば、中間部14は、60℃以上の沸点を有する溶媒142を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子1が用いられた場合においても、溶媒142の気化を抑制することができる。これにより、溶媒142の気化に伴う熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the intermediate section 14 includes the solvent 142 having a boiling point of 60 ° C. or higher. Therefore, even when the thermoelectric element 1 is used in an environment at room temperature or higher, vaporization of the solvent 142 can be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress the deterioration of the thermoelectric element 1 due to the vaporization of the solvent 142.

また、本実施形態によれば、中間部14は、ナノ粒子141のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子1が用いられた場合においても、溶媒142等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子1の劣化を抑制することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the intermediate portion 14 shows a state where only the nanoparticles 141 are filled. Therefore, even when the thermoelectric element 1 is used in a high-temperature environment, there is no need to consider vaporization of the solvent 142 and the like. This makes it possible to suppress the deterioration of the thermoelectric element 1 in a high-temperature environment.

また、本実施形態によれば、接合工程S140は、金属を含む第1支持部13aと、金属を含む第2支持部13bとを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, in the joining step S140, the first support portion 13a containing a metal and the second support portion 13b containing a metal are joined. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、電極部形成工程S120は、第1支持部13aと離間する第1電極部12aを形成し、第2支持部13bと離間する第2電極部12bを形成する。このため、各支持部13a、13bを接合するとき、各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部13a、13bの形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, in the electrode part forming step S120, the first electrode part 12a separated from the first support part 13a is formed, and the second electrode part 12b separated from the second support part 13b is formed. For this reason, when joining each support part 13a, 13b, it can prevent that the area which each electrode part 12a, 12b opposes decreases. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of each of the support portions 13a and 13b.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図6は、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図6(a)は、第2実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図6(b)は、図6(a)における6B−6B線に沿った模式平面図である。
(2nd Embodiment)
Next, a power generator 100 and a thermoelectric element 1 according to a second embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the power generator 100 and the thermoelectric element 1 according to the second embodiment. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the power generation device 100 and the thermoelectric element 1 according to the second embodiment, and FIG. 6B is along the line 6B-6B in FIG. It is a schematic plan view.

上述した実施形態と、第2実施形態との違いは、貫通孔15と、封止部18とを有する点である。上述した構成と同様の構成については、説明を省略する。   The difference between the above-described embodiment and the second embodiment lies in that a through-hole 15 and a sealing portion 18 are provided. The description of the same configuration as that described above is omitted.

<<貫通孔15>>
貫通孔15は、例えば図6(a)に示すように、基板11を第1方向Zに貫通する。貫通孔15は、例えば第1電極部12a及び第2電極部12bの少なくとも何れかを、第1方向Zに貫通してもよい。
<<< through hole 15 >>>
The through hole 15 penetrates the substrate 11 in the first direction Z, for example, as shown in FIG. The through-hole 15 may penetrate, for example, at least one of the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b in the first direction Z.

貫通孔15は、例えば第1貫通孔15a及び第2貫通孔15bの少なくとも何れかを有し、1つ以上設けられる。第1貫通孔15aは、第1基板11aを第1方向Zに貫通し、例えば第1電極部12aを貫通する。第2貫通孔15bは、第2基板11bを第1方向Zに貫通し、例えば第2電極部12bを貫通する。   The through-hole 15 has, for example, at least one of the first through-hole 15a and the second through-hole 15b, and is provided with one or more. The first through hole 15a penetrates the first substrate 11a in the first direction Z, and penetrates, for example, the first electrode portion 12a. The second through-hole 15b penetrates the second substrate 11b in the first direction Z, and penetrates, for example, the second electrode portion 12b.

貫通孔15は、例えば図6(b)に示すように、第1方向Zから見て、円状に形成されるほか、例えば楕円状又は溝状に形成されてもよい。貫通孔15は、熱電素子1の外部側から内部側に向かって狭まるテーパ状に形成されるほか、例えば逆テーパ状、ボーイング状、又はストレート状に形成されてもよい。   As shown in FIG. 6B, for example, the through-hole 15 may be formed in a circular shape when viewed from the first direction Z, or may be formed in an elliptical shape or a groove shape, for example. The through-hole 15 may be formed in a tapered shape narrowing from the outside to the inside of the thermoelectric element 1, or may be formed in, for example, an inverted tapered shape, a bowing shape, or a straight shape.

<<封止部18>>
封止部18は、貫通孔15の外部側を覆い、貫通された基板11上に設けられる。封止部18は、例えば少なくとも一部を貫通孔15内に設けられてもよい。封止部18は、第1封止部18a及び第2封止部18bの少なくとも何れかを有し、貫通孔15の数に応じて設けられる。
<< sealing part 18 >>
The sealing portion 18 covers the outside of the through hole 15 and is provided on the penetrated substrate 11. For example, at least a part of the sealing portion 18 may be provided in the through hole 15. The sealing portion 18 has at least one of the first sealing portion 18a and the second sealing portion 18b, and is provided according to the number of the through holes 15.

封止部18の材料として、例えば絶縁性樹脂が用いられ、絶縁性樹脂の例としては、フッ素系絶縁性樹脂を挙げることができる。   As a material of the sealing portion 18, for example, an insulating resin is used. As an example of the insulating resin, a fluorine-based insulating resin can be given.

貫通孔15及び封止部18を有することで、例えば上述した熱電素子1の製造方法において、接合工程S140の後に中間部形成工程S130を行うことができる。すなわち、接合工程S140の後、少なくとも1つの貫通孔15から中間部14を充填し、他の貫通孔15から吸引(真空引き)を行う。その後、封止部18を形成して、貫通孔15を塞ぐ。これにより、ギャップ部14aに対して中間部14を容易に形成することができ、例えば製造工程の簡略化が可能となる。   By having the through hole 15 and the sealing portion 18, for example, in the above-described method for manufacturing the thermoelectric element 1, the intermediate portion forming step S130 can be performed after the bonding step S140. That is, after the joining step S140, the intermediate portion 14 is filled from at least one through hole 15, and suction (vacuum) is performed from the other through holes 15. Thereafter, a sealing portion 18 is formed to close the through hole 15. Thereby, the intermediate portion 14 can be easily formed with respect to the gap portion 14a, and for example, the manufacturing process can be simplified.

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to this embodiment, as in the above-described embodiment, the support portion 13 includes metal. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the support portion 13 is provided separately from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions 12a and 12b facing each other due to the formation of the support portion 13. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion 13.

また、本実施形態によれば、貫通孔15は、基板11を第1方向Zに貫通する。このため、貫通孔15を介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。   According to the present embodiment, the through-hole 15 penetrates the substrate 11 in the first direction Z. For this reason, the filling of the intermediate portion 14 through the through hole 15 can be easily performed. This makes it possible to simplify the manufacturing process. Further, when it is necessary to replace the intermediate portion 14 with the use of the thermoelectric element 1, the replacement of the intermediate portion 14 can be easily performed.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図7は、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図7(a)は、第3実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図7(b)は、図7(a)における7B−7B線に沿った模式平面図である。
(Third embodiment)
Next, a power generator 100 and a thermoelectric element 1 according to a third embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the power generator 100 and the thermoelectric element 1 according to the third embodiment. FIG. 7A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the power generation device 100 and the thermoelectric element 1 according to the third embodiment, and FIG. 7B is along the line 7B-7B in FIG. It is a schematic plan view.

上述した第2実施形態と、第3実施形態との違いは、配線層16と、接続配線17とを有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。   The difference between the second embodiment described above and the third embodiment is that the second embodiment has a wiring layer 16 and a connection wiring 17. The description of the same configuration as that of the above-described embodiment will be omitted.

<<配線層16>>
配線層16は、例えば図7に示すように、熱電素子1の外部側(表面)に設けられる。配線層16は、基板11における各電極部12a、12bが設けられる主面に対向する主面上に設けられる。
<< wiring layer 16 >>
The wiring layer 16 is provided on the outside (front surface) of the thermoelectric element 1 as shown in FIG. 7, for example. The wiring layer 16 is provided on a main surface of the substrate 11 opposite to the main surface on which the electrode portions 12a and 12b are provided.

配線層16は、例えば第1配線層16a及び第2配線層16bの少なくとも何れかを有する。第1配線層16aは、第1基板11aにおける第1主面11afに対向する面上に設けられる。すなわち、第1基板11aは、第1配線層16aと第1電極部12aとの間に挟まれる。第2配線層16bは、第2基板11bにおける第2主面11bfに対向する面上に設けられる。すなわち、第2基板11bは、第2配線層16bと第2電極部12bとの間に挟まれる。   The wiring layer 16 has, for example, at least one of a first wiring layer 16a and a second wiring layer 16b. The first wiring layer 16a is provided on a surface of the first substrate 11a facing the first main surface 11af. That is, the first substrate 11a is sandwiched between the first wiring layer 16a and the first electrode unit 12a. The second wiring layer 16b is provided on a surface of the second substrate 11b facing the second main surface 11bf. That is, the second substrate 11b is sandwiched between the second wiring layer 16b and the second electrode unit 12b.

配線層16の第1方向Zに沿った厚さは、例えば100nm以上10μm以下である。配線層16の材料として、導電性材料が用いられ、例えば金が用いられるほか、金及びクロムの積層体、又は金及びニッケルの積層体が用いられる。   The thickness of the wiring layer 16 along the first direction Z is, for example, not less than 100 nm and not more than 10 μm. As a material of the wiring layer 16, a conductive material is used, for example, gold, a laminate of gold and chromium, or a laminate of gold and nickel is used.

<<接続配線17>>
接続配線17は、貫通孔15を介して、各電極部12a、12b及び配線層16と電気的に接続される。接続配線17は、例えば貫通孔15の側面に設けられ、中間部14と接する。
<< connection wiring 17 >>
The connection wiring 17 is electrically connected to each of the electrode portions 12 a and 12 b and the wiring layer 16 via the through hole 15. The connection wiring 17 is provided, for example, on the side surface of the through hole 15 and contacts the intermediate portion 14.

接続配線17は、例えば第1接続配線17a及び第2接続配線17bの少なくとも何れかを有する。第1接続配線17aは、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される。このため、第1接続配線17aと第1電極部12aとの接続箇所は、熱電素子1の内部側に設けられる。第2接続配線17bは、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される。このため、第2接続配線17bと第2電極部12bとの接続箇所は、熱電素子1の内部側に設けられる。上記接続箇所は、各接続配線17a、17bのうち特に劣化し易い部分であり、接続箇所を熱電素子1の内部側に設けることで、熱電素子1の耐久性を高めることが可能となる。   The connection wiring 17 has, for example, at least one of a first connection wiring 17a and a second connection wiring 17b. The first connection wiring 17a is electrically connected to the first electrode portion 12a and the first wiring layer 16a via the first through hole 15a. For this reason, the connection portion between the first connection wiring 17a and the first electrode portion 12a is provided inside the thermoelectric element 1. The second connection wiring 17b is electrically connected to the second electrode portion 12b and the second wiring layer 16b via the second through hole 15b. For this reason, the connection portion between the second connection wiring 17b and the second electrode portion 12b is provided inside the thermoelectric element 1. The connection points are particularly easily deteriorated portions of the connection wirings 17a and 17b. By providing the connection points inside the thermoelectric element 1, the durability of the thermoelectric element 1 can be increased.

接続配線17は、例えば貫通孔15の側面に、100nm以上10μm以下の厚さで形成される。接続配線17の材料として、導電性材料が用いられ、例えば金が用いられる。   The connection wiring 17 is formed, for example, on the side surface of the through hole 15 with a thickness of 100 nm or more and 10 μm or less. As a material of the connection wiring 17, a conductive material is used, for example, gold.

例えば第1封止部18aは、第1貫通孔15a、第1接続配線17a、及び第1配線層16aの少なくとも一部を覆う。このため、第1配線層16aと、第1接続配線17aとの接続箇所を、第1封止部18aにより覆うことができる。例えば第2封止部18bは、第2貫通孔15b、第2接続配線17b、及び第2配線層16bの少なくとも一部を覆う。このため、第2配線層16bと、第2接続配線17bとの接続箇所を、第2封止部18bにより覆うことができる。上記接続箇所は、各接続配線17a、17bのうち特に劣化し易い部分であり、且つ、熱電素子1の外部側に設けられるため、接続箇所を各封止部18a、18bにより覆うことで、熱電素子1の耐久性を高めることが可能となる。   For example, the first sealing portion 18a covers at least a part of the first through hole 15a, the first connection wiring 17a, and the first wiring layer 16a. Therefore, the connection portion between the first wiring layer 16a and the first connection wiring 17a can be covered by the first sealing portion 18a. For example, the second sealing portion 18b covers at least a part of the second through hole 15b, the second connection wiring 17b, and the second wiring layer 16b. For this reason, the connection portion between the second wiring layer 16b and the second connection wiring 17b can be covered by the second sealing portion 18b. The connection portion is a portion which is particularly easily deteriorated among the connection wirings 17a and 17b, and is provided on the outside of the thermoelectric element 1. Therefore, the connection portion is covered with the sealing portions 18a and 18b, so that the thermoelectric element is protected. The durability of the element 1 can be improved.

<第3実施形態:熱電素子1の製造方法>
次に、熱電素子1の製造方法の一例を、説明する。図8は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示すフローチャートである。図9(a)〜図10(c)は、本実施形態に係る熱電素子1の製造方法の一例を示す模式断面図である。
<Third embodiment: manufacturing method of thermoelectric element 1>
Next, an example of a method for manufacturing the thermoelectric element 1 will be described. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing the thermoelectric element 1 according to the present embodiment. FIGS. 9A to 10C are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing the thermoelectric element 1 according to the present embodiment.

図8に示すように、上述した実施形態と同様に、支持部形成工程S110、及び電極部形成工程S120を実施する(例えば図9(a))。   As shown in FIG. 8, similarly to the above-described embodiment, a support part forming step S110 and an electrode part forming step S120 are performed (for example, FIG. 9A).

<<配線層形成工程S150>>
次に、第1基板11aにおける第1主面11afに対向する面に、第1配線層16aを形成する(配線層形成工程S150)。配線層形成工程S150では、例えば図9(b)に示すように、第1配線層16aを形成すると同時、又は形成前後に、第2主面11bfに対向する面上に第2配線層16bを形成してもよい。各配線層16a、16bは、例えば第1方向Zから見て、四角形状に形成されるほか、例えば後述する貫通孔15を形成する部分を除いた形状に形成されてもよい。
<< wiring layer forming step S150 >>
Next, the first wiring layer 16a is formed on the surface of the first substrate 11a facing the first main surface 11af (wiring layer forming step S150). In the wiring layer forming step S150, as shown in FIG. 9B, for example, simultaneously with forming the first wiring layer 16a, or before and after the formation, the second wiring layer 16b is formed on the surface facing the second main surface 11bf. It may be formed. Each of the wiring layers 16a and 16b may be formed in a square shape, for example, as viewed from the first direction Z, or may be formed in a shape excluding, for example, a portion where a through hole 15 described later is formed.

配線層形成工程S150では、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて、各配線層16a、16bを形成するほか、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、及びスプレイ印刷法等を用いて形成してもよい。   In the wiring layer forming step S150, the wiring layers 16a and 16b may be formed using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method, or may be formed using, for example, a screen printing method, an inkjet method, a spray printing method, or the like.

<<保護膜形成工程S160>>
次に、例えば図9(c)に示すように、第1電極部12a及び第2電極部12bを覆う保護膜9を形成してもよい(保護膜形成工程S160)。保護膜9は、例えば後述する各電極部12a、12bの対向する面を少なくとも覆い、後述する接続配線17と接続する箇所を露出した状態で形成されてもよい。なお、保護膜9は、各支持部13a、13bを覆うように形成されてもよい。保護膜9を形成することで、後の工程において各電極部12a、12bの表面を保護することができる。これにより、各電極部12a、12bの仕事関数の変化を防ぐことができる。
<< Protective film forming step S160 >>
Next, as shown in FIG. 9C, for example, a protective film 9 covering the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b may be formed (protective film forming step S160). The protective film 9 may be formed, for example, so as to cover at least the opposing surfaces of the electrode portions 12a and 12b described later and to expose a portion connected to the connection wiring 17 described later. Note that the protective film 9 may be formed so as to cover the support portions 13a and 13b. By forming the protective film 9, the surface of each of the electrode portions 12a and 12b can be protected in a later step. Thereby, a change in the work function of each of the electrode portions 12a and 12b can be prevented.

保護膜形成工程S160では、例えばフォトリソグラフィー法を用いて、保護膜9をパターン状に形成する。保護膜9として、例えば公知のフォトレジストが用いられる。   In the protection film forming step S160, the protection film 9 is formed in a pattern by using, for example, a photolithography method. As the protective film 9, for example, a known photoresist is used.

<<貫通孔形成工程S170>>
次に、第1基板11aを第1方向Zに貫通する第1貫通孔15aを形成する(貫通孔形成工程S170)。貫通孔形成工程S170では、例えば図9(d)に示すように、第1貫通孔15aを形成すると同時、又は形成前後に、第2基板11bを第1方向Zに貫通する第2貫通孔15bを形成してもよい。各貫通孔15a、15bは、例えば各基板11a、11bのうち、各電極部12a、12b及び各配線層16a、16bが形成されていない位置に形成される。なお、貫通孔形成工程S170において、各電極部12a、12b及び配線層16a、16bの少なくとも何れかの一部を除去し、各貫通孔15a、15bを形成してもよい。
<<< through hole forming step S170 >>>
Next, a first through hole 15a penetrating the first substrate 11a in the first direction Z is formed (through hole forming step S170). In the through-hole forming step S170, for example, as shown in FIG. 9D, the second through-hole 15b penetrating the second substrate 11b in the first direction Z at the same time as when the first through-hole 15a is formed or before and after the formation. May be formed. The through holes 15a and 15b are formed, for example, at positions where the electrode portions 12a and 12b and the wiring layers 16a and 16b are not formed on the substrates 11a and 11b. In the through hole forming step S170, at least a part of each of the electrode portions 12a and 12b and the wiring layers 16a and 16b may be removed to form the through holes 15a and 15b.

貫通孔形成工程S170では、例えばサンドブラスト法を用いて各貫通孔15a、15bを形成するほか、例えば異方性エッチング法等を用いて形成してもよい。なお、各貫通孔15a、15bの形成される位置及び数は、任意である。   In the through-hole forming step S170, the respective through-holes 15a and 15b may be formed using, for example, a sandblast method, or may be formed using, for example, an anisotropic etching method. The positions and the numbers of the through holes 15a and 15b are arbitrary.

<<接続配線形成工程S180>>
次に、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される第1接続配線17aを形成する(接続配線形成工程S180)。接続配線形成工程S180では、例えば第1貫通孔15aが複数形成されている場合、少なくとも1つの第1貫通孔15aの側面に、第1接続配線17aを形成する。接続配線形成工程S180では、例えば図10(a)に示すように、第1接続配線17aを形成すると同時、又は形成前後に、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される第2接続配線17bを形成してもよい。
<< connection wiring forming step S180 >>
Next, a first connection wiring 17a electrically connected to the first electrode portion 12a and the first wiring layer 16a is formed through the first through hole 15a (connection wiring formation step S180). In the connection wiring forming step S180, for example, when a plurality of first through holes 15a are formed, the first connection wiring 17a is formed on a side surface of at least one first through hole 15a. In the connection wiring forming step S180, as shown in FIG. 10A, for example, at the same time as the formation of the first connection wiring 17a, or before and after the formation of the first connection wiring 17a, the second electrode portion 12b and the second electrode portion 12b are formed via the second through hole 15b. A second connection wiring 17b electrically connected to the wiring layer 16b may be formed.

接続配線形成工程S180では、例えばスパッタリング法を用いて各接続配線17a、17bを形成する。各接続配線17a、17bとして、例えば金が用いられる。   In the connection wiring forming step S180, the connection wirings 17a and 17b are formed by using, for example, a sputtering method. For example, gold is used for the connection wirings 17a and 17b.

なお、保護膜形成工程S160により保護膜9を形成した場合、例えば図10(b)に示すように、接続配線形成工程S180のあとに保護膜9を除去する。また、単一の基板11を用いて複数の各電極部12a、12b等を形成した場合、接続配線形成工程S180のあとに適宜分割する。   When the protective film 9 is formed in the protective film forming step S160, for example, as shown in FIG. 10B, the protective film 9 is removed after the connection wiring forming step S180. When a plurality of electrode portions 12a, 12b and the like are formed using a single substrate 11, they are appropriately divided after the connection wiring forming step S180.

次に、上述した実施形態と同様に、接合工程S140及び中間部形成工程S130を実施する(例えば図10(c))。なお、本実施形態によれば、接合工程S140の後に中間部形成工程S130を行うことができる。中間部形成工程S130では、例えば第1貫通孔15aを介して、第1電極部12aと、第2電極部12bとの間に、中間部14を形成する。中間部形成工程S130では、貫通孔15を介してナノ粒子等を充填すればよく、第1貫通孔15aの代わりに第2貫通孔15bを介してナノ粒子等を充填してもよい。   Next, similarly to the above-described embodiment, a bonding step S140 and an intermediate portion forming step S130 are performed (for example, FIG. 10C). According to the present embodiment, the intermediate portion forming step S130 can be performed after the joining step S140. In the intermediate portion forming step S130, the intermediate portion 14 is formed between the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b via, for example, the first through hole 15a. In the intermediate portion forming step S130, nanoparticles and the like may be filled through the through holes 15, and nanoparticles and the like may be filled through the second through holes 15b instead of the first through holes 15a.

その後、例えば図7(a)に示した封止部18等を形成し、本実施形態に係る熱電素子1が形成される。なお、形成された熱電素子1に各端子111、112、各配線101、102等を接続することで、本実施形態に係る発電装置100を形成することができる。なお、中間部形成工程S130を実施する前に、一部の貫通孔15を覆う封止部18を形成してもよい。   Then, for example, the sealing portion 18 shown in FIG. 7A is formed, and the thermoelectric element 1 according to the present embodiment is formed. The power generation device 100 according to the present embodiment can be formed by connecting the terminals 111 and 112, the wirings 101 and 102, and the like to the formed thermoelectric element 1. Note that the sealing portion 18 that covers a part of the through hole 15 may be formed before performing the intermediate portion forming step S130.

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to this embodiment, as in the above-described embodiment, the support portion 13 includes metal. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the support portion 13 is provided separately from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions 12a and 12b facing each other due to the formation of the support portion 13. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion 13.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、貫通孔15は、基板11を第1方向Zに貫通する。このため、貫通孔15を介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the through-hole 15 penetrates the substrate 11 in the first direction Z, as in the above-described embodiment. For this reason, the filling of the intermediate portion 14 through the through hole 15 can be easily performed. This makes it possible to simplify the manufacturing process. Further, when it is necessary to replace the intermediate portion 14 with the use of the thermoelectric element 1, the replacement of the intermediate portion 14 can be easily performed.

また、本実施形態によれば、第1接続配線17aは、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される。このため、第1接続配線17aは、熱電素子1の内部側で第1電極部12aと接続させることができる。これにより、第1電極部12aと接続される第1接続配線17aの劣化を抑制することが可能となる。   According to the present embodiment, the first connection wiring 17a is electrically connected to the first electrode unit 12a and the first wiring layer 16a via the first through hole 15a. Therefore, the first connection wiring 17a can be connected to the first electrode portion 12a inside the thermoelectric element 1. This makes it possible to suppress the deterioration of the first connection wiring 17a connected to the first electrode unit 12a.

また、本実施形態によれば、第2接続配線17bは、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される。このため、第2接続配線17bは、熱電素子1の内部側で第2電極部12bと接続させることができる。これにより、各電極部12a、12bと接続される各接続配線17a、17bの劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線17bは、第1接続配線17aと同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。   According to the present embodiment, the second connection wiring 17b is electrically connected to the second electrode portion 12b and the second wiring layer 16b via the second through hole 15b. Therefore, the second connection wiring 17b can be connected to the second electrode portion 12b inside the thermoelectric element 1. This makes it possible to suppress the deterioration of the connection wires 17a and 17b connected to the electrode portions 12a and 12b. Further, since the second connection wiring 17b can be formed with the same structure as the first connection wiring 17a, the manufacturing process can be simplified.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、接合工程S140は、金属を含む第1支持部13aと、金属を含む第2支持部13bとを接合する。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, as in the above-described embodiment, in the joining step S140, the first support portion 13a containing a metal and the second support portion 13b containing a metal are joined. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、電極部形成工程S120は、第1支持部13aと離間する第1電極部12aを形成し、第2支持部13bと離間する第2電極部12bを形成する。このため、各支持部13a、13bを接合するとき、各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、各支持部13a、13bの形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the electrode portion forming step S120 forms the first electrode portion 12a separated from the first support portion 13a, and forms the first electrode portion 12a separated from the second support portion 13b. Two electrode portions 12b are formed. For this reason, when joining each support part 13a, 13b, it can prevent that the area which each electrode part 12a, 12b opposes decreases. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of each of the support portions 13a and 13b.

また、本実施形態によれば、接続配線形成工程S180は、第1貫通孔15aを介して、第1電極部12a及び第1配線層16aと電気的に接続される第1接続配線17aを形成する。このため、第1接続配線17aは、熱電素子1の内部側で第1電極部12aと接続させることができる。これにより、第1電極部12aと接続される第1接続配線17aの劣化を抑制することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, in the connection wiring forming step S180, the first connection wiring 17a electrically connected to the first electrode portion 12a and the first wiring layer 16a via the first through hole 15a is formed. I do. Therefore, the first connection wiring 17a can be connected to the first electrode portion 12a inside the thermoelectric element 1. This makes it possible to suppress the deterioration of the first connection wiring 17a connected to the first electrode unit 12a.

また、本実施形態によれば、貫通孔形成工程S170は、第1基板11aを第1方向Zに貫通する第1貫通孔15aを形成する。このため、第1貫通孔15aを介して中間部14の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子1の使用に伴い中間部14を交換する必要が発生した場合、容易に中間部14の交換を実施することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, in the through-hole forming step S170, the first through-hole 15a penetrating the first substrate 11a in the first direction Z is formed. For this reason, the filling of the intermediate portion 14 can be easily performed through the first through hole 15a. This makes it possible to simplify the manufacturing process. Further, when it is necessary to replace the intermediate portion 14 with the use of the thermoelectric element 1, the replacement of the intermediate portion 14 can be easily performed.

また、本実施形態によれば、接続配線形成工程S180は、第2貫通孔15bを介して、第2電極部12b及び第2配線層16bと電気的に接続される第2接続配線17bを形成する。このため、第2接続配線17bは、熱電素子1の内部側で第2電極部12bと接続させることができる。これにより、各電極部12a、12bと接続される各接続配線17a、17bの劣化を抑制することが可能となる。また、第2接続配線17bは、第1接続配線17aと同様の構造で形成することができるため、製造工程の簡略化が可能となる。   According to the present embodiment, the connection wiring forming step S180 forms the second connection wiring 17b that is electrically connected to the second electrode portion 12b and the second wiring layer 16b via the second through hole 15b. I do. Therefore, the second connection wiring 17b can be connected to the second electrode portion 12b inside the thermoelectric element 1. This makes it possible to suppress the deterioration of the connection wires 17a and 17b connected to the electrode portions 12a and 12b. Further, since the second connection wiring 17b can be formed with the same structure as the first connection wiring 17a, the manufacturing process can be simplified.

また、本実施形態によれば、保護膜形成工程S160は、第1電極部12a及び第2電極部12bを覆う保護膜9を形成する。このため、後の工程において各電極部12a、12bの表面を保護することができる。これにより、各電極部12a、12bの仕事関数の変化を防ぐことができ、電気エネルギーの発生量のバラつきを抑制することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, in the protective film forming step S160, the protective film 9 that covers the first electrode unit 12a and the second electrode unit 12b is formed. Therefore, the surface of each of the electrode portions 12a and 12b can be protected in a later step. Thus, it is possible to prevent a change in the work function of each of the electrode portions 12a and 12b, and it is possible to suppress a variation in the amount of generated electric energy.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図11は、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図11(a)は、第4実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図11(b)は、図11(a)における11B−11B線に沿った模式平面図であり、図11(c)は、第4実施形態に係る熱電素子1の変形例を示す模式平面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a power generator 100 and a thermoelectric element 1 according to a fourth embodiment will be described. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of the power generator 100 and the thermoelectric element 1 according to the fourth embodiment. FIG. 11A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the power generation device 100 and the thermoelectric element 1 according to the fourth embodiment, and FIG. 11B is along a line 11B-11B in FIG. FIG. 11C is a schematic plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element 1 according to the fourth embodiment.

上述した第1実施形態と、第4実施形態との違いは、支持部13が第1支持群13fと、第2支持群13sとを有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。   The difference between the first embodiment described above and the fourth embodiment is that the support portion 13 has a first support group 13f and a second support group 13s. The description of the same configuration as that of the above-described embodiment will be omitted.

支持部13は、例えば図11に示すように、第1支持群13fと、第2支持群13sとを有する。第1方向Zから見て、第1支持群13f及び第2支持群13sは、各電極部12a、12bを挟んで離間して設けられる。   The support part 13 has a first support group 13f and a second support group 13s, for example, as shown in FIG. When viewed from the first direction Z, the first support group 13f and the second support group 13s are provided apart from each other with the electrode portions 12a and 12b interposed therebetween.

第1支持群13fは、第1支持部13aと、第2支持部13bとを有する。第2支持群13sは、第3支持部13cと、第4支持部13dとを有する。第3支持部13cは、第1主面11afと接し、第2主面11bfと離間する。第4支持部13dは、第2主面11bfと接し、第1主面11afと離間する。   The first support group 13f has a first support portion 13a and a second support portion 13b. The second support group 13s has a third support portion 13c and a fourth support portion 13d. The third support portion 13c is in contact with the first main surface 11af and is separated from the second main surface 11bf. The fourth support portion 13d is in contact with the second main surface 11bf and is separated from the first main surface 11af.

第1支持群13f及び第2支持群13sは、例えば図11(b)に示すように、第3方向Yに延在する。このとき、中間部14は、第1支持群13f、第2支持群13s、及び各支持群13f、13sの間に連接された一対の封止部21によって囲まれる。この場合、例えば上述した接合工程S140のあとに中間部形成工程S130を実施することができる。すなわち、接合工程S140のあと、各支持群13f、13sに囲まれていない空間を介して中間部14を形成し、封止部21を形成することで、熱電素子1を形成することができる。   The first support group 13f and the second support group 13s extend in the third direction Y, for example, as shown in FIG. At this time, the intermediate portion 14 is surrounded by the first support group 13f, the second support group 13s, and a pair of sealing portions 21 connected between the support groups 13f and 13s. In this case, for example, the intermediate portion forming step S130 can be performed after the above-described bonding step S140. That is, after the joining step S140, the thermoelectric element 1 can be formed by forming the intermediate portion 14 and forming the sealing portion 21 via a space not surrounded by the support groups 13f and 13s.

上述した各支持群13f、13sを設けることで、支持部13に用いる材料を削減することができる。これにより、材料コストの削減を実現することが可能となる。また、接合工程S140の実施に伴う溶媒142の蒸発等を確実に防ぐことが可能となる。   By providing the support groups 13f and 13s described above, the material used for the support portion 13 can be reduced. This makes it possible to reduce the material cost. In addition, it is possible to reliably prevent the solvent 142 from evaporating due to the execution of the bonding step S140.

上記のほか、例えば図11(c)に示すように、各支持群13f、13sは、第2方向X及び第3方向Yに延在してもよい。すなわち、各支持群13f、13sは、第1方向Zから見てL字状に設けられる。   In addition to the above, for example, as shown in FIG. 11C, the support groups 13f and 13s may extend in the second direction X and the third direction Y. That is, the support groups 13f and 13s are provided in an L shape when viewed from the first direction Z.

各支持群13f、13sをL字状に設けることで、第2方向Xにおける電極間ギャップのバラつきを抑制することができる。また、各支持群13f、13sが離間するため、上述した接合工程S140のあとに中間部形成工程S130を実施することができる。   By providing each of the support groups 13f and 13s in an L shape, it is possible to suppress a variation in the gap between the electrodes in the second direction X. Further, since the support groups 13f and 13s are separated from each other, the intermediate portion forming step S130 can be performed after the above-described bonding step S140.

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to this embodiment, as in the above-described embodiment, the support portion 13 includes metal. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the support portion 13 is provided separately from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions 12a and 12b facing each other due to the formation of the support portion 13. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion 13.

(第5実施形態)
次に、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1について説明する。図12は、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式図である。図12(a)は、第5実施形態に係る発電装置100及び熱電素子1の一例を示す模式断面図であり、図12(b)は、図12(a)における12B−12B線に沿った模式平面図である。
(Fifth embodiment)
Next, a power generator 100 and a thermoelectric element 1 according to a fifth embodiment will be described. FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of the power generator 100 and the thermoelectric element 1 according to the fifth embodiment. FIG. 12A is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the power generation device 100 and the thermoelectric element 1 according to the fifth embodiment, and FIG. 12B is along the line 12B-12B in FIG. It is a schematic plan view.

上述した第4実施形態と、第5実施形態との違いは、引出配線19を有する点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。   The difference between the above-described fourth embodiment and the fifth embodiment is that the fourth embodiment has an extraction wiring 19. The description of the same configuration as that of the above-described embodiment will be omitted.

<<引出配線19>>
引出配線19は、例えば図12に示すように、第1電極部12a及び支持部13と接する。このとき、熱電素子1の外部側で支持部13と接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。
<<< Drawer wiring 19 >>
The lead wiring 19 is in contact with the first electrode part 12a and the support part 13, for example, as shown in FIG. At this time, by providing the first terminal 111 or the like that is in contact with the support portion 13 on the outside of the thermoelectric element 1, electrical connection between the first electrode portion 12a and the first wiring 101 or the like can be easily realized. Becomes

引出配線19の材料として、支持部13と同じ金属が用いられ、例えば金が用いられる。このため、上述した接合工程S140において、例えば熱圧着接合法を用いて、引出配線19と、支持部13とを当接させて加熱することで、容易に接合させることができる。   As the material of the lead wiring 19, the same metal as that of the support portion 13 is used, for example, gold. For this reason, in the above-described bonding step S140, the lead wire 19 and the support portion 13 are brought into contact with each other and heated by using, for example, a thermocompression bonding method, whereby the bonding can be easily performed.

引出配線19は、例えば第1引出配線19a、及び第2引出配線19bの少なくとも何れかを有する。第1引出配線19aは、第1電極部12a及び第1配線101と電気的に接続される。第2引出配線19bは、第2電極部12b及び第2配線102と電気的に接続される。   The lead wiring 19 has, for example, at least one of a first lead wiring 19a and a second lead wiring 19b. The first extraction wiring 19a is electrically connected to the first electrode portion 12a and the first wiring 101. The second extraction wiring 19b is electrically connected to the second electrode portion 12b and the second wiring 102.

第1引出配線19aは、例えば第1主面11af上に設けられ、第1電極部12a及び第1支持群13fと接する。第1引出配線19aは、例えば第1支持群13fと一体に設けられてもよい。このとき、熱電素子1の外部側で第1支持群13fと接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。   The first extraction wiring 19a is provided, for example, on the first main surface 11af, and is in contact with the first electrode portion 12a and the first support group 13f. The first extraction wiring 19a may be provided integrally with the first support group 13f, for example. At this time, by providing the first terminal 111 and the like that are in contact with the first support group 13f on the outside of the thermoelectric element 1, electrical connection between the first electrode portion 12a and the first wiring 101 and the like can be easily realized. Becomes possible.

例えば図12(b)に示すように、第1引出配線19aは、熱電素子1の内部側(ギャップ部14a)から外部側まで延在してもよい。このとき、外部側の第1引出配線19aと接する第1端子111等を設けることで、第1電極部12aと、第1配線101等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。なお、例えば第1基板11aにおける第2方向Xの幅を、第2基板11bにおける第2方向Xの幅よりも大きく設けることで、外部側の第1引出配線19aと接する第1端子111等を容易に設けることが可能となる。   For example, as shown in FIG. 12B, the first lead-out wiring 19a may extend from the inside (gap portion 14a) of the thermoelectric element 1 to the outside. At this time, by providing the first terminal 111 and the like that are in contact with the first extraction wiring 19a on the external side, electrical connection between the first electrode portion 12a and the first wiring 101 and the like can be easily realized. . For example, by providing the width of the first substrate 11a in the second direction X larger than the width of the second substrate 11b in the second direction X, the first terminal 111 and the like that are in contact with the first extraction wiring 19a on the external side are provided. It can be easily provided.

第2引出配線19bは、例えば第2主面11bf上に設けられ、第2電極部12b及び第2支持群13sと接する。第2引出配線19bは、例えば第2支持群13sと一体に設けられてもよい。このとき、熱電素子1の外部側で第2支持群13sと接する第2端子112等を設けることで、第2電極部12bと、第2配線102等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。   The second extraction wiring 19b is provided, for example, on the second main surface 11bf, and is in contact with the second electrode portion 12b and the second support group 13s. The second extraction wiring 19b may be provided integrally with the second support group 13s, for example. At this time, by providing the second terminal 112 and the like in contact with the second support group 13s on the outside of the thermoelectric element 1, the electrical connection between the second electrode portion 12b and the second wiring 102 and the like can be easily realized. Becomes possible.

引出配線19は、例えば第3引出配線19cを有してもよい。第3引出配線19cは、第1主面11af上に設けられ、熱電素子1の外部側において第2支持群13sと接する。すなわち、第3引出配線19cは、第2支持群13s、及び第2引出配線19bを介して、第2電極部12bと電気的に接続される。このとき、第3引出配線19cと接する第2端子112等を設けることで、第2電極部12bと、第2配線102等との電気的接続を容易に実現することが可能となる。なお、例えば第1基板11aにおける第2方向Xの幅を、第2基板11bにおける第2方向Xの幅よりも大きく設けることで、第3引出配線19cと接する第2端子112等を容易に設けることが可能となる。また、第3引出配線19c及び第1引出配線19aの接続部を、同一面上に設けることができる。これにより、各引出配線19a、19cと外部配線との電気的接続や、熱電素子1の検査等を容易に実施することが可能となる。   The lead wiring 19 may have, for example, a third lead wiring 19c. The third extraction wiring 19c is provided on the first main surface 11af, and is in contact with the second support group 13s on the outside of the thermoelectric element 1. That is, the third extraction wiring 19c is electrically connected to the second electrode unit 12b via the second support group 13s and the second extraction wiring 19b. At this time, by providing the second terminal 112 and the like in contact with the third extraction wiring 19c, it is possible to easily realize the electrical connection between the second electrode portion 12b and the second wiring 102 and the like. Note that, for example, by providing the width of the first substrate 11a in the second direction X larger than the width of the second substrate 11b in the second direction X, the second terminals 112 and the like that are in contact with the third extraction wiring 19c are easily provided. It becomes possible. In addition, the connection portion between the third extraction wiring 19c and the first extraction wiring 19a can be provided on the same surface. This makes it possible to easily carry out the electrical connection between the lead wirings 19a and 19c and the external wiring, the inspection of the thermoelectric element 1, and the like.

本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、金属を含む。このため、球状ナノビーズ等を用いた支持部に比べて、第1方向Zに沿った支持部13の厚さバラつきを抑制することができる。これにより、電極間ギャップを高精度に形成することができ、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。   According to this embodiment, as in the above-described embodiment, the support portion 13 includes metal. For this reason, thickness variation of the support portion 13 along the first direction Z can be suppressed as compared with a support portion using spherical nanobeads or the like. As a result, the gap between the electrodes can be formed with high accuracy, and the amount of electric energy generated can be stabilized.

また、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、支持部13は、第1電極部12a及び第2電極部12bと離間して設けられる。このため、支持部13の形成に伴う各電極部12a、12bの対向する面積の減少を防ぐことができる。これにより、支持部13の形状に関わらず、電気エネルギーの発生量の向上を図ることが可能となる。   Further, according to the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the support portion 13 is provided separately from the first electrode portion 12a and the second electrode portion 12b. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the area of each of the electrode portions 12a and 12b facing each other due to the formation of the support portion 13. This makes it possible to improve the amount of electric energy generated irrespective of the shape of the support portion 13.

また、本実施形態によれば、引出配線19は、第1電極部12a及び支持部13と接する。このため、第1電極部12aと、外部配線との電気的接続や、熱電素子1の検査を容易化することが可能となる。   Further, according to the present embodiment, the extraction wiring 19 is in contact with the first electrode portion 12a and the support portion 13. For this reason, it is possible to facilitate the electrical connection between the first electrode portion 12a and the external wiring and the inspection of the thermoelectric element 1.

(第6実施形態)
<電子機器>
上述した熱電素子1及び発電装置100は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。
(Sixth embodiment)
<Electronic equipment>
The thermoelectric element 1 and the power generation device 100 described above can be mounted on, for example, an electronic device. Hereinafter, some of the embodiments of the electronic device will be described.

図13(a)〜図13(d)は、熱電素子1を備えた電子機器500の例を示す模式ブロック図である。図13(e)〜図13(h)は、熱電素子1を含む発電装置100を備えた電子機器500の例を示す模式ブロック図である。   FIGS. 13A to 13D are schematic block diagrams illustrating an example of an electronic device 500 including the thermoelectric element 1. FIGS. 13E to 13H are schematic block diagrams illustrating an example of an electronic device 500 including the power generation device 100 including the thermoelectric element 1.

図13(a)に示すように、電子機器500(エレクトリックプロダクト)は、電子部品501(エレクトロニックコンポーネント)と、主電源502と、補助電源503と、を備えている。電子機器500及び電子部品501のそれぞれは、電気的な機器(エレクトリカルデバイス)である。   As shown in FIG. 13A, an electronic device 500 (electric product) includes an electronic component 501 (electronic component), a main power supply 502, and an auxiliary power supply 503. Each of the electronic device 500 and the electronic component 501 is an electrical device (electrical device).

電子部品501は、主電源502を電源に用いて駆動される。電子部品501の例としては、例えば、CPU、モーター、センサ端末、及び照明等を挙げることができる。電子部品501が、例えばCPUである場合、電子機器500には、内蔵されたマスター(CPU)によって制御可能な電子機器が含まれる。電子部品501が、例えば、モーター、センサ端末、及び照明等の少なくとも1つを含む場合、電子機器500には、外部にあるマスター、あるいは人によって制御可能な電子機器が含まれる。   The electronic component 501 is driven using the main power supply 502 as a power supply. Examples of the electronic component 501 include, for example, a CPU, a motor, a sensor terminal, and lighting. When the electronic component 501 is, for example, a CPU, the electronic device 500 includes an electronic device that can be controlled by a built-in master (CPU). When the electronic component 501 includes, for example, at least one of a motor, a sensor terminal, and lighting, the electronic device 500 includes an external master or an electronic device that can be controlled by a person.

主電源502は、例えば電池である。電池には、充電可能な電池も含まれる。主電源502のプラス端子(+)は、電子部品501のVcc端子(Vcc)と電気的に接続される。主電源502のマイナス端子(−)は、電子部品501のGND端子(GND)と電気的に接続される。   The main power supply 502 is, for example, a battery. The battery includes a rechargeable battery. A plus terminal (+) of main power supply 502 is electrically connected to a Vcc terminal (Vcc) of electronic component 501. The negative terminal (−) of the main power supply 502 is electrically connected to a GND terminal (GND) of the electronic component 501.

補助電源503は、熱電素子である。熱電素子は、実施形態のそれぞれにおいて説明した熱電素子1の少なくとも1つを含む。熱電素子1のアノード(例えば第1電極部12a)は、電子部品501のGND端子(GND)、又は主電源502のマイナス端子(−)、又はGND端子(GND)とマイナス端子(−)とを接続する配線と、電気的に接続される。熱電素子1のカソード(例えば第2電極部12b)は、電子部品501のVcc端子(Vcc)、又は主電源502のプラス端子(+)、又はVcc端子(Vcc)とプラス端子(+)とを接続する配線と、電気的に接続される。電子機器500において、補助電源503は、例えば主電源502と併用され、主電源502をアシストするための電源や、主電源502の容量が切れた場合、主電源502をバックアップするための電源として使うことができる。主電源502が充電可能な電池である場合には、補助電源503は、さらに、電池を充電するための電源としても使うことができる。   The auxiliary power supply 503 is a thermoelectric element. The thermoelectric element includes at least one of the thermoelectric elements 1 described in each of the embodiments. The anode (for example, the first electrode portion 12a) of the thermoelectric element 1 connects the GND terminal (GND) of the electronic component 501, the minus terminal (-) of the main power supply 502, or the GND terminal (GND) and the minus terminal (-). It is electrically connected to the wiring to be connected. The cathode (for example, the second electrode portion 12b) of the thermoelectric element 1 connects the Vcc terminal (Vcc) of the electronic component 501, the plus terminal (+) of the main power supply 502, or the Vcc terminal (Vcc) and the plus terminal (+). It is electrically connected to the wiring to be connected. In the electronic device 500, the auxiliary power supply 503 is used together with, for example, the main power supply 502, and is used as a power supply for assisting the main power supply 502 or as a power supply for backing up the main power supply 502 when the capacity of the main power supply 502 is cut off. be able to. When the main power supply 502 is a rechargeable battery, the auxiliary power supply 503 can also be used as a power supply for charging the battery.

図13(b)に示すように、主電源502は、熱電素子1とされてもよい。熱電素子1のアノードは、電子部品501のGND端子(GND)と電気的に接続される。熱電素子1のカソードは、電子部品501のVcc端子(Vcc)と電気的に接続される。図13(b)に示す電子機器500は、主電源502として使用される熱電素子1と、熱電素子1を用いて駆動されることが可能な電子部品501と、を備えている。熱電素子1は、独立した電源(例えばオフグリッド電源)である。このため、電子機器500は、例えば自立型(スタンドアローン型)にできる。しかも、熱電素子1は、環境発電型(エナジーハーベスト型)である。図13(b)に示す電子機器500は、電池の交換が不要である。   As shown in FIG. 13B, the main power supply 502 may be the thermoelectric element 1. The anode of the thermoelectric element 1 is electrically connected to a GND terminal (GND) of the electronic component 501. The cathode of the thermoelectric element 1 is electrically connected to a Vcc terminal (Vcc) of the electronic component 501. An electronic device 500 shown in FIG. 13B includes a thermoelectric element 1 used as a main power supply 502 and an electronic component 501 that can be driven using the thermoelectric element 1. The thermoelectric element 1 is an independent power supply (for example, an off-grid power supply). Therefore, the electronic device 500 can be, for example, a self-standing type (stand-alone type). Moreover, the thermoelectric element 1 is an energy harvesting type (energy harvesting type). The electronic device 500 illustrated in FIG. 13B does not require battery replacement.

図13(c)に示すように、電子部品501が熱電素子1を備えていてもよい。熱電素子1のアノードは、例えば、回路基板(図示は省略する)のGND配線と電気的に接続される。熱電素子1のカソードは、例えば、回路基板(図示は省略する)のVcc配線と電気的に接続される。この場合、熱電素子1は、電子部品501の、例えば補助電源503として使うことができる。   As shown in FIG. 13C, the electronic component 501 may include the thermoelectric element 1. The anode of the thermoelectric element 1 is electrically connected to, for example, a GND wiring of a circuit board (not shown). The cathode of the thermoelectric element 1 is electrically connected to, for example, a Vcc wiring of a circuit board (not shown). In this case, the thermoelectric element 1 can be used as the auxiliary power supply 503 of the electronic component 501, for example.

図13(d)に示すように、電子部品501が熱電素子1を備えている場合、熱電素子1は、電子部品501の、例えば主電源502として使うことができる。   As shown in FIG. 13D, when the electronic component 501 includes the thermoelectric element 1, the thermoelectric element 1 can be used as, for example, the main power supply 502 of the electronic component 501.

図13(e)〜図13(h)のそれぞれに示すように、電子機器500は、発電装置100を備えていてもよい。発電装置100は、電気エネルギーの源として熱電素子1を含む。   As shown in each of FIGS. 13E to 13H, the electronic device 500 may include the power generation device 100. The power generation device 100 includes the thermoelectric element 1 as a source of electric energy.

図13(d)に示した実施形態は、電子部品501が主電源502として使用される熱電素子1を備えている。同様に、図13(h)に示した実施形態は、電子部品501が主電源として使用される発電装置100を備えている。これらの実施形態では、電子部品501が、独立した電源を持つ。このため、電子部品501を、例えば自立型とすることができる。自立型の電子部品501は、例えば、複数の電子部品を含み、かつ、少なくとも1つの電子部品が別の電子部品と離れているような電子機器に有効に用いることができる。そのような電子機器500の例は、センサである。センサは、センサ端末(スレーブ)と、センサ端末から離れたコントローラ(マスター)と、を備えている。センサ端末及びコントローラのそれぞれは、電子部品501である。センサ端末が、熱電素子1又は発電装置100を備えていれば、自立型のセンサ端末となり、有線での電力供給の必要がない。熱電素子1又は発電装置100は環境発電型であるので、電池の交換も不要である。センサ端末は、電子機器500の1つと見なすこともできる。電子機器500と見なされるセンサ端末には、センサのセンサ端末に加えて、例えば、IoTワイヤレスタグ等が、さらに含まれる。   The embodiment shown in FIG. 13D includes a thermoelectric element 1 in which an electronic component 501 is used as a main power supply 502. Similarly, the embodiment shown in FIG. 13H includes the power generation device 100 in which the electronic component 501 is used as a main power supply. In these embodiments, the electronic component 501 has an independent power supply. Therefore, the electronic component 501 can be, for example, a self-standing type. The self-contained electronic component 501 can be effectively used, for example, in an electronic device that includes a plurality of electronic components and in which at least one electronic component is separated from another electronic component. An example of such an electronic device 500 is a sensor. The sensor includes a sensor terminal (slave) and a controller (master) remote from the sensor terminal. Each of the sensor terminal and the controller is an electronic component 501. If the sensor terminal includes the thermoelectric element 1 or the power generator 100, the sensor terminal becomes a self-supporting sensor terminal, and there is no need to supply power by wire. Since the thermoelectric element 1 or the power generation device 100 is an energy harvesting type, there is no need to replace the battery. The sensor terminal can also be considered as one of the electronic devices 500. The sensor terminal considered to be the electronic device 500 further includes, for example, an IoT wireless tag in addition to the sensor terminal of the sensor.

図13(a)〜図13(h)のそれぞれに示した実施形態において共通することは、電子機器500は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子1と、熱電素子1を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品501と、を含むことである。   13 (a) to 13 (h), the electronic device 500 uses the thermoelectric element 1 for converting heat energy into electric energy and the thermoelectric element 1 as a power source. And an electronic component 501 that can be driven.

電子機器500は、独立した電源を備えた自律型(オートノマス型)であってもよい。自律型の電子機器の例は、例えばロボット等を挙げることができる。さらに、熱電素子1又は発電装置100を備えた電子部品501は、独立した電源を備えた自律型であってもよい。自律型の電子部品の例は、例えば可動センサ端末等を挙げることができる。   The electronic device 500 may be an autonomous type (autonomous type) having an independent power supply. Examples of the autonomous electronic device include, for example, a robot. Further, the electronic component 501 including the thermoelectric element 1 or the power generation device 100 may be an autonomous type including an independent power supply. An example of the autonomous electronic component is, for example, a movable sensor terminal.

以上、この発明の実施形態のいくつかを説明したが、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。例えば、これらの実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。また、この発明は、上記いくつかの実施形態の他、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、上記いくつかの実施形態のそれぞれは、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この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、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。   While some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments have been presented by way of example only, and are not intended to limit the scope of the inventions. For example, these embodiments can be implemented in appropriate combinations. The present invention can be embodied in various novel forms other than the above-described embodiments. Therefore, each of the above-described several embodiments can be variously omitted, replaced, or changed without departing from the gist of the present invention. Such new forms and modifications are included in the scope and gist of the present invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents of the invention described in the claims.

1 :熱電素子
11 :基板
11a :第1基板
11af :第1主面
11b :第2基板
11bf :第2主面
12a :第1電極部
12b :第2電極部
13 :支持部
13a :第1支持部
13b :第2支持部
13c :第3支持部
13d :第4支持部
13f :第1支持群
13s :第2支持群
14 :中間部
14a :ギャップ部
141 :ナノ粒子
141a :絶縁膜
142 :溶媒
15 :貫通孔
15a :第1貫通孔
15b :第2貫通孔
16 :配線層
16a :第1配線層
16b :第2配線層
17 :接続配線
17a :第1接続配線
17b :第2接続配線
18 :封止部
18a :第1封止部
18b :第2封止部
19 :引出配線
19a :第1引出配線
19b :第2引出配線
19c :第3引出配線
21 :封止部
100 :発電装置
101 :第1配線
102 :第2配線
111 :第1端子
112 :第2端子
500 :電子機器
501 :電子部品
502 :主電源
503 :補助電源
9 :保護膜
R :負荷
S110 :支持部形成工程
S120 :電極部形成工程
S130 :中間部形成工程
S140 :接合工程
S150 :配線層形成工程
S160 :保護膜形成工程
S170 :貫通孔形成工程
S180 :接続配線形成工程
Z :第1方向
X :第2方向
Y :第3方向
e :電子
1: thermoelectric element 11: substrate 11a: first substrate 11af: first main surface 11b: second substrate 11bf: second main surface 12a: first electrode portion 12b: second electrode portion 13: support portion 13a: first support Part 13b: Second support part 13c: Third support part 13d: Fourth support part 13f: First support group 13s: Second support group 14: Intermediate part 14a: Gap part 141: Nanoparticle 141a: Insulating film 142: Solvent 15: Through hole 15a: First through hole 15b: Second through hole 16: Wiring layer 16a: First wiring layer 16b: Second wiring layer 17: Connection wiring 17a: First connection wiring 17b: Second connection wiring 18: Sealing part 18a: First sealing part 18b: Second sealing part 19: Lead wiring 19a: First lead wiring 19b: Second lead wiring 19c: Third lead wiring 21: Seal part 100: Power generation device 101: First wiring 10 : Second wiring 111: first terminal 112: second terminal 500: electronic device 501: electronic component 502: main power supply 503: auxiliary power supply 9: protective film R: load S110: support section forming step S120: electrode section forming step S130 : Intermediate part forming step S140: Bonding step S150: Wiring layer forming step S160: Protective film forming step S170: Through hole forming step S180: Connection wiring forming step Z: First direction X: Second direction Y: Third direction e: Electronic

Claims (13)

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、
第1主面を有する第1基板と、
前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、
前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、
前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、
前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、
前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を備えること
を特徴とする熱電素子。
A thermoelectric element that converts heat energy into electric energy,
A first substrate having a first main surface;
A second substrate provided in the first direction at a distance from the first main surface and having a second main surface facing the first main surface;
A first electrode unit provided on the first main surface and separated from the second substrate;
A second electrode unit provided on the second main surface, separated from the first substrate and the first electrode unit, and having a work function different from that of the first electrode unit;
A support portion provided between the first substrate and the second substrate, separated from the first electrode portion and the second electrode portion, and including a metal;
An intermediate portion provided between the first electrode portion and the second electrode portion, the intermediate portion including nanoparticles;
A thermoelectric element comprising:
前記第1基板を前記第1方向に貫通する第1貫通孔と、
前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に設けられた第1配線層と、
前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線と、
をさらに備えること
を特徴とする請求項1記載の熱電素子。
A first through hole passing through the first substrate in the first direction;
A first wiring layer provided on a surface of the first substrate facing the first main surface;
A first connection wiring electrically connected to the first electrode unit and the first wiring layer via the first through hole;
The thermoelectric element according to claim 1, further comprising:
前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔と、
前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に設けられた第2配線層と、
前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線と、
をさらに備えること
を特徴とする請求項2記載の熱電素子。
A second through hole passing through the second substrate in the first direction;
A second wiring layer provided on a surface of the second substrate facing the second main surface;
A second connection wiring electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer via the second through hole;
The thermoelectric element according to claim 2, further comprising:
前記第1電極部及び前記支持部と接する引出配線をさらに備えること
を特徴とする請求項1記載の熱電素子。
The thermoelectric element according to claim 1, further comprising a lead-out wiring in contact with the first electrode portion and the support portion.
前記第1電極部と、前記第2電極部との間の電極間ギャップは、10μm以下であり、
前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの1/10以下であること
を特徴とする請求項1〜4の何れか1項記載の熱電素子。
A gap between the electrodes between the first electrode portion and the second electrode portion is 10 μm or less;
The thermoelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein a diameter of the nanoparticle is 1/10 or less of the gap between the electrodes.
前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、
前記絶縁膜の厚さは、20nm以下であること
を特徴とする請求項1〜5の何れか1項記載の熱電素子。
The nanoparticles have an insulating film provided on the surface,
The thermoelectric element according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the insulating film is 20 nm or less.
前記中間部は、60℃以上の沸点を有する溶媒を含むこと
を特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載の熱電素子。
The thermoelectric element according to any one of claims 1 to 6, wherein the intermediate portion includes a solvent having a boiling point of 60 ° C or higher.
前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すこと
を特徴とする請求項1〜6の何れか1項記載の熱電素子。
The thermoelectric element according to claim 1, wherein the intermediate portion shows a state in which only the nanoparticles are filled.
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を備えた発電装置であって、
前記熱電素子は、
第1主面を有する第1基板と、
前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、
前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、
前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、
前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、
前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を備えること
を特徴とする発電装置。
A power generator including a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy,
The thermoelectric element,
A first substrate having a first main surface;
A second substrate provided in the first direction at a distance from the first main surface and having a second main surface facing the first main surface;
A first electrode unit provided on the first main surface and separated from the second substrate;
A second electrode unit provided on the second main surface, separated from the first substrate and the first electrode unit, and having a work function different from that of the first electrode unit;
A support portion provided between the first substrate and the second substrate, separated from the first electrode portion and the second electrode portion, and including a metal;
An intermediate portion provided between the first electrode portion and the second electrode portion, the intermediate portion including nanoparticles;
A power generator comprising:
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、
前記熱電素子は、
第1主面を有する第1基板と、
前記第1主面と第1方向に離間して設けられ、前記第1主面と対向する第2主面を有する第2基板と、
前記第1主面上に設けられ、前記第2基板と離間する第1電極部と、
前記第2主面上に設けられ、前記第1基板及び前記第1電極部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部と、
前記第1基板と、前記第2基板との間に設けられ、前記第1電極部及び前記第2電極部と離間し、金属を含む支持部と、
前記第1電極部と、前記第2電極部との間に設けられ、ナノ粒子を含む中間部と、
を備えること
を特徴とする電子機器。
An electronic device that includes a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy, and an electronic component that can be driven using the thermoelectric element as a power supply,
The thermoelectric element,
A first substrate having a first main surface;
A second substrate provided in the first direction at a distance from the first main surface and having a second main surface facing the first main surface;
A first electrode unit provided on the first main surface and separated from the second substrate;
A second electrode unit provided on the second main surface, separated from the first substrate and the first electrode unit, and having a work function different from that of the first electrode unit;
A support portion provided between the first substrate and the second substrate, separated from the first electrode portion and the second electrode portion, and including a metal;
An intermediate portion provided between the first electrode portion and the second electrode portion, the intermediate portion including nanoparticles;
An electronic device comprising:
熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、
第1基板の第1主面上に、金属を含む第1支持部を形成し、第2基板の第2主面上に、金属を含む第2支持部を形成する支持部形成工程と、
前記第1主面上に前記第1支持部と離間する第1電極部を形成し、前記第2主面上に前記第2支持部と離間し、前記第1電極部とは異なる仕事関数を有する第2電極部を形成する電極部形成工程と、
前記第1電極部上に、ナノ粒子を含む中間部を形成する中間部形成工程と、
前記第1電極部と、前記第2電極部とを第1方向に離間して対向するように、前記第1支持部と前記第2支持部とを接合する接合工程と、
を備えることを特徴とする熱電素子の製造方法。
A method for manufacturing a thermoelectric element that converts heat energy into electric energy,
Forming a first supporting portion including a metal on the first main surface of the first substrate, and forming a second supporting portion including the metal on the second main surface of the second substrate;
A first electrode portion is formed on the first main surface to be separated from the first support portion, and is separated from the second support portion on the second main surface to have a work function different from that of the first electrode portion. An electrode part forming step of forming a second electrode part having:
Forming an intermediate portion including nanoparticles on the first electrode portion;
A joining step of joining the first support portion and the second support portion so that the first electrode portion and the second electrode portion face each other while being separated from each other in a first direction;
A method for manufacturing a thermoelectric element, comprising:
前記第1基板における前記第1主面に対向する面上に第1配線層を形成する配線層形成工程と、
前記第1基板を第1方向に貫通する第1貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記第1貫通孔を介して、前記第1電極部及び前記第1配線層と電気的に接続される第1接続配線を形成する接続配線形成工程と、
をさらに備え、
前記中間部形成工程は、前記接合工程の後、前記第1貫通孔を介して前記中間部を形成すること
を特徴とする請求項11記載の熱電素子の製造方法。
A wiring layer forming step of forming a first wiring layer on a surface of the first substrate facing the first main surface;
A through-hole forming step of forming a first through-hole penetrating the first substrate in a first direction;
A step of forming a first connection wiring electrically connected to the first electrode portion and the first wiring layer via the first through hole;
Further comprising
The method for manufacturing a thermoelectric device according to claim 11, wherein, in the intermediate part forming step, the intermediate part is formed via the first through hole after the joining step.
前記配線層形成工程は、前記第1配線層を形成すると同時に、前記第2基板における前記第2主面に対向する面上に第2配線層を形成し、
前記貫通孔形成工程は、前記第1貫通孔を形成すると同時に、前記第2基板を前記第1方向に貫通する第2貫通孔を形成し、
前記接続配線形成工程は、前記第1接続配線を形成すると同時に、前記第2貫通孔を介して、前記第2電極部及び前記第2配線層と電気的に接続される第2接続配線を形成すること
を特徴とする請求項12記載の熱電素子の製造方法。
Forming the first wiring layer and, at the same time, forming a second wiring layer on a surface of the second substrate facing the second main surface,
In the through hole forming step, simultaneously with forming the first through hole, a second through hole that penetrates the second substrate in the first direction is formed.
In the connecting wiring forming step, at the same time as forming the first connecting wiring, forming a second connecting wiring electrically connected to the second electrode portion and the second wiring layer via the second through hole. The method for manufacturing a thermoelectric element according to claim 12, wherein
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010182868A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nec Computertechno Ltd Power regeneration device
JP2013229971A (en) * 2012-04-24 2013-11-07 Denso Corp Thermoelectric power generation element
JP2014236058A (en) * 2013-05-31 2014-12-15 株式会社デンソー Thermal electron power-generation device
US20150229013A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-13 Joseph G. Birmingham Nanofluid contact potential difference battery
JP2017143198A (en) * 2016-02-11 2017-08-17 株式会社デンソー Thermionic power generation element
JP2017143011A (en) * 2016-02-11 2017-08-17 株式会社デンソー Electron emitting element
WO2017208950A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 Thermoelectric conversion substrate, thermoelectric conversion module and method for producing thermoelectric conversion substrate
JP2018019042A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社Gceインスティチュート Thermoelectric element and manufacturing method of thermoelectric element

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010182868A (en) * 2009-02-05 2010-08-19 Nec Computertechno Ltd Power regeneration device
JP2013229971A (en) * 2012-04-24 2013-11-07 Denso Corp Thermoelectric power generation element
JP2014236058A (en) * 2013-05-31 2014-12-15 株式会社デンソー Thermal electron power-generation device
US20150229013A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-13 Joseph G. Birmingham Nanofluid contact potential difference battery
JP2017143198A (en) * 2016-02-11 2017-08-17 株式会社デンソー Thermionic power generation element
JP2017143011A (en) * 2016-02-11 2017-08-17 株式会社デンソー Electron emitting element
WO2017208950A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 Thermoelectric conversion substrate, thermoelectric conversion module and method for producing thermoelectric conversion substrate
JP2018019042A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 株式会社Gceインスティチュート Thermoelectric element and manufacturing method of thermoelectric element

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