JP2836950B2 - 熱電半導体素子 - Google Patents
熱電半導体素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子冷却用電子部品に関し、特に放熱側の
放熱効率の小さい使用条件で冷却面の到達最低温度が低
く、結露による劣化の少ない素子に関する。
放熱効率の小さい使用条件で冷却面の到達最低温度が低
く、結露による劣化の少ない素子に関する。
［従来の技術］ 近年、地球環境問題からのフロン使用規則や、電子機
器等の局所冷却、除湿などの小型冷却装置などに対する
要求、ペルチェ効果を利用した電子冷却用電子部品に対
する要求は大きい。ここでペルチェ効果とは、二つの金
属の接合部を通って電流が流れたとき、その接合部にお
いて熱が発生し、あるいは吸収される現象を発現する効
果をいう。たとえば、ある方向に電流が流れて熱が発生
したとき、電流方向の逆にすると今度は熱が吸収される
現象である。
器等の局所冷却、除湿などの小型冷却装置などに対する
要求、ペルチェ効果を利用した電子冷却用電子部品に対
する要求は大きい。ここでペルチェ効果とは、二つの金
属の接合部を通って電流が流れたとき、その接合部にお
いて熱が発生し、あるいは吸収される現象を発現する効
果をいう。たとえば、ある方向に電流が流れて熱が発生
したとき、電流方向の逆にすると今度は熱が吸収される
現象である。
このうち、室温付近で用いる電子冷却用の電子部品と
しては、Bi−Te系の単結晶もしくは多結晶凝固体を熱電
半導体物質として使用し、ｐ型、ｎ型半導体物質を交互
に金属板などで直列に接合し、電気的に正の側からｎ型
からｐ型への接合面を一方の面に配し、これを冷却面と
し、もう一方の面にｐ型からｎ型への接合面を配し、こ
れを放熱面として、各物質の間は空隙とする構成をとる
ものが知られている。
しては、Bi−Te系の単結晶もしくは多結晶凝固体を熱電
半導体物質として使用し、ｐ型、ｎ型半導体物質を交互
に金属板などで直列に接合し、電気的に正の側からｎ型
からｐ型への接合面を一方の面に配し、これを冷却面と
し、もう一方の面にｐ型からｎ型への接合面を配し、こ
れを放熱面として、各物質の間は空隙とする構成をとる
ものが知られている。
Bi−Te系材料は、論理的には高温側と低温側の間で60
℃程度の温度差を取ることができるが、上記のよな構成
で高温側の放熱量が小さいと、高音側の温度が上昇し低
温側の最低到達温度が上がってしまう問題点を有してい
る。
℃程度の温度差を取ることができるが、上記のよな構成
で高温側の放熱量が小さいと、高音側の温度が上昇し低
温側の最低到達温度が上がってしまう問題点を有してい
る。
これに対し、従来の電子冷却用電子部品はｐ型、ｎ型
素子を交互に面状にならべ、電気的に直列に接合した素
子段階で、ｐ型、ｎ型素子の間に間隔をもうけ、２〜３
倍の断面積とし、さらにこれに10倍程度の断面積の金属
放熱板を接合し、この放熱板が断面積の５〜７倍の面積
のフィンを有する構成にしていた。これにより、放熱面
積を半導体素子の断面積の100〜200倍程度に増加させ、
これをファンにより強制空冷するか、もしくは放熱面を
水冷するなどの手段により冷却していた。
素子を交互に面状にならべ、電気的に直列に接合した素
子段階で、ｐ型、ｎ型素子の間に間隔をもうけ、２〜３
倍の断面積とし、さらにこれに10倍程度の断面積の金属
放熱板を接合し、この放熱板が断面積の５〜７倍の面積
のフィンを有する構成にしていた。これにより、放熱面
積を半導体素子の断面積の100〜200倍程度に増加させ、
これをファンにより強制空冷するか、もしくは放熱面を
水冷するなどの手段により冷却していた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記従来技術では、ファンを用いた強
制空冷や水冷手段が必要で、装置コストが高くなるとい
う課題があった。
制空冷や水冷手段が必要で、装置コストが高くなるとい
う課題があった。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、ファ
ンを用いた強制空冷や水冷手段を必要とせず、放熱側の
放熱効率が小さい使用条件下でも冷却面が低い温度まで
冷却でき、かつ結露による劣化の問題の起こりにく熱電
半導体素子を提供することを目的とする。
ンを用いた強制空冷や水冷手段を必要とせず、放熱側の
放熱効率が小さい使用条件下でも冷却面が低い温度まで
冷却でき、かつ結露による劣化の問題の起こりにく熱電
半導体素子を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため本発明は、半導体部が開気孔
を有する多孔体で形成され、前記半導体部の上下面に気
密性金属層からなる電極部が形成され、前記半導体部の
端面および電極に覆われていない上下面に気密性絶縁体
からなる端面層が形成され、内部が気密状態に保持され
てなる熱電半導体素子である。
を有する多孔体で形成され、前記半導体部の上下面に気
密性金属層からなる電極部が形成され、前記半導体部の
端面および電極に覆われていない上下面に気密性絶縁体
からなる端面層が形成され、内部が気密状態に保持され
てなる熱電半導体素子である。
前記構成においては、半導体部が中空もしくは多孔体
担体粒子とその表面に形成された熱電半導体物質層から
なる開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
担体粒子とその表面に形成された熱電半導体物質層から
なる開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
また、本発明の熱電半導体素子は、開気孔を有する多
孔体よりなるｐ型、ｎ型の半導体部が絶縁体を介して配
置され、上面にｐ型部とｎ型部を接合する気密性金属質
よりなる電極部、下面にｐ型部、ｎ型部単独の気密性金
属質からなる電極部を有し、電極に覆われていない外周
に露出したその他の部分が気密性絶縁体によって囲まれ
ており、ｐ型、ｎ型半導体部が気密構造中にある構成を
とり、内部が気密状態に保持されてなるものである。
孔体よりなるｐ型、ｎ型の半導体部が絶縁体を介して配
置され、上面にｐ型部とｎ型部を接合する気密性金属質
よりなる電極部、下面にｐ型部、ｎ型部単独の気密性金
属質からなる電極部を有し、電極に覆われていない外周
に露出したその他の部分が気密性絶縁体によって囲まれ
ており、ｐ型、ｎ型半導体部が気密構造中にある構成を
とり、内部が気密状態に保持されてなるものである。
前記構成においては、半導体部が中空もしくは多孔体
担体粒子とその表面に形成された熱電半導体物質層から
なる開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
担体粒子とその表面に形成された熱電半導体物質層から
なる開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
また、前記構成においては、ｐ型とｎ型の半導体を介
している絶縁体が空気透過性であることが好ましい。
している絶縁体が空気透過性であることが好ましい。
また、本発明の熱電半導体素子は、上下面に形成され
た気密性金属層よりなる電極部と絶縁体よりなる端面に
覆われた、開気孔を有する多孔体よりなる複数個のｐ
型、ｎ型の半導体部が密接して配置され、上面と下面に
ｐ型とｎ型の半導体素子を直列に接合する複数個の電極
が形成され、電気的に正極から負極に向かって、ｐ型か
らｎ型への接合面を片面に、ｎ型からｐ型への接合面を
もう片面に配した構造とし、この電極部が気密性金属質
よりなり、電極覆われていない外周に露出したその他の
部分が気密性絶縁体によって囲まれており、複数個のｐ
型、ｎ型半導体素子部が気密構造中にある構成をとり、
内部が気密状態に保持されてなるものである。
た気密性金属層よりなる電極部と絶縁体よりなる端面に
覆われた、開気孔を有する多孔体よりなる複数個のｐ
型、ｎ型の半導体部が密接して配置され、上面と下面に
ｐ型とｎ型の半導体素子を直列に接合する複数個の電極
が形成され、電気的に正極から負極に向かって、ｐ型か
らｎ型への接合面を片面に、ｎ型からｐ型への接合面を
もう片面に配した構造とし、この電極部が気密性金属質
よりなり、電極覆われていない外周に露出したその他の
部分が気密性絶縁体によって囲まれており、複数個のｐ
型、ｎ型半導体素子部が気密構造中にある構成をとり、
内部が気密状態に保持されてなるものである。
前記構成においては、半導体部が中空もしくは多孔体
担体粒子とその表面に形成され熱電半導体物質層からな
る開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
担体粒子とその表面に形成され熱電半導体物質層からな
る開気孔を有する多孔体よりなることが好ましい。
また、前記構成においては、ｐ型とｎ型の半導体を介
している絶縁体が空気透過性であることが好ましい。
している絶縁体が空気透過性であることが好ましい。
［作用］ 前記本発明の構成によれば、半導体素子部の熱伝導度
が低下し、放熱側の温度上昇があっても冷却側への熱伝
導量が低下し冷却側温度を低くすることができる。とく
に多孔体を脱気することにより低い真空度で高い断熱性
を得られる。また熱電半導体と電極接合部が気密構造中
にあり内部が脱気された状態で気密状態に保持されるた
め、接合界面付近の結露が発生せず、この部分の劣化を
防ぐことができる。
が低下し、放熱側の温度上昇があっても冷却側への熱伝
導量が低下し冷却側温度を低くすることができる。とく
に多孔体を脱気することにより低い真空度で高い断熱性
を得られる。また熱電半導体と電極接合部が気密構造中
にあり内部が脱気された状態で気密状態に保持されるた
め、接合界面付近の結露が発生せず、この部分の劣化を
防ぐことができる。
［実施例］ 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら
説明する。
説明する。
実施例１ 熱電半導体物質としてBi−Te系について検討した。ｐ
型物質としては、（Bi,Sb）2Te3を選択し、ｎ型物質と
しては、Bi2（Te,Se）３を選択した。
型物質としては、（Bi,Sb）2Te3を選択し、ｎ型物質と
しては、Bi2（Te,Se）３を選択した。
担体粒子としては平均粒径500μｍの殻厚1.5μｍのガ
ラスバルーンを用いた。このバルーンは一部中空構造、
一部は気孔径25μｍの多孔体顆粒であるが内部と外部の
気密性はなくガラス自体が多孔体である。半導体物質は
各物質の多結晶凝固体を出発原料に用い粗砕後ボールミ
ル中で有機溶媒を用い0.2mmφのジルコニアボールを媒
体として媒体撹拌ミルにて粉砕し、平均粒径0.08μｍの
粉末とした。乾燥後粉末と粘性溶媒とを混合してスラリ
ーとし、ガラスバルーンを浸したのち乾燥した。処理乾
燥後の粒子は成形しアルゴン中500℃で２時間加熱処理
した。
ラスバルーンを用いた。このバルーンは一部中空構造、
一部は気孔径25μｍの多孔体顆粒であるが内部と外部の
気密性はなくガラス自体が多孔体である。半導体物質は
各物質の多結晶凝固体を出発原料に用い粗砕後ボールミ
ル中で有機溶媒を用い0.2mmφのジルコニアボールを媒
体として媒体撹拌ミルにて粉砕し、平均粒径0.08μｍの
粉末とした。乾燥後粉末と粘性溶媒とを混合してスラリ
ーとし、ガラスバルーンを浸したのち乾燥した。処理乾
燥後の粒子は成形しアルゴン中500℃で２時間加熱処理
した。
作成した試料はｐ型、ｎ型とも半導体素子見かけ体積
に対する熱電半導体物質の体積分率が5.3％、気孔率が9
0.6％、抵抗率が0.0250Ωcmで、ゼーベック係数200μV/
degであった。
に対する熱電半導体物質の体積分率が5.3％、気孔率が9
0.6％、抵抗率が0.0250Ωcmで、ゼーベック係数200μV/
degであった。
作成した半導体素子は1cm立方に切断し上下面にニッ
ケル電解メッキを施した後、0.3mm厚の銅板を半田づけ
した。さらに数条件の真空容器中で側面に紫外線硬化性
の気密性絶縁体樹脂を塗布したのち紫外線を照射し硬化
させた。第１図に試作した試料の模式部図（一部断面
図）を示す。
ケル電解メッキを施した後、0.3mm厚の銅板を半田づけ
した。さらに数条件の真空容器中で側面に紫外線硬化性
の気密性絶縁体樹脂を塗布したのち紫外線を照射し硬化
させた。第１図に試作した試料の模式部図（一部断面
図）を示す。
この素子はｐ型ｎ型それぞれ50ケ、計100ケを縦横そ
れぞれ10ケずつｐ型ｎ型交互に配列し、端面に接着剤を
塗布して固め、上下面でｐ型ｎ型素子が直列に、かつ電
気的に正極から負極に向かってｐ型からｎ型の接合面が
片側にｎ型からｐ型への接合面がもう片側になるように
Ni板で接合した。また参考試料としてｐ、ｎ型とも緻密
な多結晶凝固体を用い同様の形状に接合したもの、外周
を気密質絶縁体で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気
してないものを作成した。
れぞれ10ケずつｐ型ｎ型交互に配列し、端面に接着剤を
塗布して固め、上下面でｐ型ｎ型素子が直列に、かつ電
気的に正極から負極に向かってｐ型からｎ型の接合面が
片側にｎ型からｐ型への接合面がもう片側になるように
Ni板で接合した。また参考試料としてｐ、ｎ型とも緻密
な多結晶凝固体を用い同様の形状に接合したもの、外周
を気密質絶縁体で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気
してないものを作成した。
作成した試料の低温側の面には、絶縁グリスを薄く塗
布したのち、厚さ0.3mmの銅板を接合し、この面に熱電
対を接着して温度を測定した。高温側は次の放熱条件を
設定し、放熱板を低温側同様絶縁グリスを薄く塗布した
のち配置し、熱電対を接着してこの温度を測定した。放
熱の条件は、20cm平方（400cm2）厚さ0.5mmの銅板に厚
さ0.3mm奥行き10mmの銅板製フィンを5mmピッチで立て放
熱面を酸化させたもの（半導体素子断面積の20倍の放熱
板表面積、自然放冷）である。
布したのち、厚さ0.3mmの銅板を接合し、この面に熱電
対を接着して温度を測定した。高温側は次の放熱条件を
設定し、放熱板を低温側同様絶縁グリスを薄く塗布した
のち配置し、熱電対を接着してこの温度を測定した。放
熱の条件は、20cm平方（400cm2）厚さ0.5mmの銅板に厚
さ0.3mm奥行き10mmの銅板製フィンを5mmピッチで立て放
熱面を酸化させたもの（半導体素子断面積の20倍の放熱
板表面積、自然放冷）である。
この放熱板を用い直流電源の電流量を調整して低温側
の銅板の温度が最低になる条件をもとめた。
の銅板の温度が最低になる条件をもとめた。
測定は外気温300Kで実施した。
また熱電半導体に緻密な多結晶凝固体を用いたもの以
外の試料は低温部が０度付近まで冷却できるので結露が
発生する。そこで２時間毎に20分通電して結露を発生さ
せる試験を繰り返して特性変化を測定した。
外の試料は低温部が０度付近まで冷却できるので結露が
発生する。そこで２時間毎に20分通電して結露を発生さ
せる試験を繰り返して特性変化を測定した。
第１表に上記の放熱条件における試料の状態、低温側
最低到達温度（Ｋ）、低温最低温度到達時の放熱フィン
温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電流量（Ａ）を示
す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固体を用いたもの
以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生する回数を示
す。
最低到達温度（Ｋ）、低温最低温度到達時の放熱フィン
温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電流量（Ａ）を示
す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固体を用いたもの
以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生する回数を示
す。
第１表より明らかなように本実施例のように半導体素
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験により劣化が見られる。半導体素子部が多孔体より
なり内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度
が低くとれ結露試験によっての劣化寿命がのびる。
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験により劣化が見られる。半導体素子部が多孔体より
なり内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度
が低くとれ結露試験によっての劣化寿命がのびる。
とくに本実施例に示した条件のように半導体素子断面
積当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように
一般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその
効果が発揮される。
積当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように
一般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその
効果が発揮される。
また本実施例のようにｐ型ｎ型１個１個を気密構造に
したものはこれらをもちいた熱電冷却素子の自由な形態
へ組み立てが可能で工業的に有用である。
したものはこれらをもちいた熱電冷却素子の自由な形態
へ組み立てが可能で工業的に有用である。
実施例２ 多孔体熱電半導体物質は実施例１同様のものを作成し
た。ｐ型ｎ型の２つの素子は1cm立方に切断し、上下面
にそれぞれニッケル電解メッキを施したのち厚さ200μ
ｍの多孔質セラミックシートを介して隣あわせに配置
し、上面にｐ型部とｎ型部を結合する厚さ0.3mmの金属
銅板を半田付けし、ｐ型部、ｎ型部の下面には単独の電
極部として厚さ0.3mmの金属銅板を半田付けした。これ
を真空容器中にいれ、電極に覆われていない外周に露出
したその他の部分に真空容器中で紫外線硬化性樹脂を塗
布し、その後紫外線を照射して樹脂を硬化させたのち素
子を取り出した。第２図に試作した試料の模式図（一部
断面図）を示す。
た。ｐ型ｎ型の２つの素子は1cm立方に切断し、上下面
にそれぞれニッケル電解メッキを施したのち厚さ200μ
ｍの多孔質セラミックシートを介して隣あわせに配置
し、上面にｐ型部とｎ型部を結合する厚さ0.3mmの金属
銅板を半田付けし、ｐ型部、ｎ型部の下面には単独の電
極部として厚さ0.3mmの金属銅板を半田付けした。これ
を真空容器中にいれ、電極に覆われていない外周に露出
したその他の部分に真空容器中で紫外線硬化性樹脂を塗
布し、その後紫外線を照射して樹脂を硬化させたのち素
子を取り出した。第２図に試作した試料の模式図（一部
断面図）を示す。
作成した半導体素子は縦５個横10個をｐ型部とｎ型部
がとなりあうように10cm角になるよう実施例１と同様に
接合し同様の冷却面放熱面を形成して同様の測定を行っ
た。
がとなりあうように10cm角になるよう実施例１と同様に
接合し同様の冷却面放熱面を形成して同様の測定を行っ
た。
また参考試料としてｐ、ｎ型とも緻密な多結晶凝固体
を用いて同様の形状に接合したもの、外周を気密質絶縁
体で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気してないもの
を作成した。
を用いて同様の形状に接合したもの、外周を気密質絶縁
体で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気してないもの
を作成した。
第２表に上記の放熱条件における試料の状態、低温側
最低到達温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の放熱フィ
ン温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電流量（Ａ）を
示す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固体を用いたも
の以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生する回数を示
す。
最低到達温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の放熱フィ
ン温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電流量（Ａ）を
示す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固体を用いたも
の以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生する回数を示
す。
第２表より明らかなように本実施例のように半導体素
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験では劣化が現われる。半導体素子部が多孔体よりな
り内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度が
低くとれ結露試験によっても劣化寿命がのびる。
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験では劣化が現われる。半導体素子部が多孔体よりな
り内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度が
低くとれ結露試験によっても劣化寿命がのびる。
とくに実施例に示した条件のように半導体素子断面積
当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように一
般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその効
果が発揮される。また熱電半導体素子を用いた冷却素子
は少なくともｐ型、ｎ型素子を１対として使用するため
本実施例で用いたｐ型ｎ型１対の素子は各種パネルを作
成する際に工数を低減出来る。また各熱電半導体素子の
間にある絶縁体部に多孔体を用いることにより、パネル
全体の熱伝導を低下させ、かつ真空脱気時に全体を均一
な真空状態することが容易となる。
当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように一
般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその効
果が発揮される。また熱電半導体素子を用いた冷却素子
は少なくともｐ型、ｎ型素子を１対として使用するため
本実施例で用いたｐ型ｎ型１対の素子は各種パネルを作
成する際に工数を低減出来る。また各熱電半導体素子の
間にある絶縁体部に多孔体を用いることにより、パネル
全体の熱伝導を低下させ、かつ真空脱気時に全体を均一
な真空状態することが容易となる。
実施例３ 多孔体熱電半導体物質は実施例１同様のものを作成し
た。ｐ型、ｎ型の素子はそれぞれ1cm立方に切断し、上
下面にそれぞれニッケル電解メッキを施したのち周辺部
に絶縁性多孔体樹脂を塗布しｐ型素子とｎ型素子を隣あ
わせに密着して配置し、上面と下面にｐ型とｎ型の半導
体素子を直列に接合する厚さ0.3mmの複数個の銅板電極
を半田付けし、電気的に正極から負極に向かって、ｐ型
からｎ型への接合面を片面に、ｎ型からｐ型への接合面
をもう片面に配した構造とし上面にｐ型部とｎ型部を接
合する厚さ0.3mmの金属銅板を半田付けした。これを真
空容器中にいれ、電極に覆われていない外周に露出した
その他の部分に真空容器中で紫外線硬化性気密質樹脂を
塗布し、その後紫外線を照射して樹脂を硬化させたのち
素子を取り出した。第３図試作した試料の断面図を示
す。
た。ｐ型、ｎ型の素子はそれぞれ1cm立方に切断し、上
下面にそれぞれニッケル電解メッキを施したのち周辺部
に絶縁性多孔体樹脂を塗布しｐ型素子とｎ型素子を隣あ
わせに密着して配置し、上面と下面にｐ型とｎ型の半導
体素子を直列に接合する厚さ0.3mmの複数個の銅板電極
を半田付けし、電気的に正極から負極に向かって、ｐ型
からｎ型への接合面を片面に、ｎ型からｐ型への接合面
をもう片面に配した構造とし上面にｐ型部とｎ型部を接
合する厚さ0.3mmの金属銅板を半田付けした。これを真
空容器中にいれ、電極に覆われていない外周に露出した
その他の部分に真空容器中で紫外線硬化性気密質樹脂を
塗布し、その後紫外線を照射して樹脂を硬化させたのち
素子を取り出した。第３図試作した試料の断面図を示
す。
また参考試料としてｐ、ｎ型とも緻密な多結晶凝固体
を用い同様の形状に接合したもの、外周を気密質絶縁体
で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気してないものを
作成した。
を用い同様の形状に接合したもの、外周を気密質絶縁体
で覆わなくして多孔体内部を真空に脱気してないものを
作成した。
第３表に実施例１と同様の放熱条件における、試料の
形態、低温側最低到達温度（Ｋ）、低温側最低温度到達
時の放熱フィン温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電
流量（Ａ）を示す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固
体を用いたもの以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生
する回数を示す。
形態、低温側最低到達温度（Ｋ）、低温側最低温度到達
時の放熱フィン温度（Ｋ）、低温側最低温度到達時の電
流量（Ａ）を示す。また熱電半導体に緻密な多結晶凝固
体を用いたもの以外の試料は繰り返し試験で劣化の発生
する回数を示す。
第３表より明らかなように本実施例のように半導体素
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験により劣化が見られる。半導体素子部が多孔体より
なり内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度
が低くとれ結露試験によっても劣化寿命がのびる。
子部が多孔体よりなるものは緻密な熱電半導体を用いた
ものに比べ、低温側の最低到達温度が低くとれるが結露
試験により劣化が見られる。半導体素子部が多孔体より
なり内部が脱気されたものは更に低温側の最低到達温度
が低くとれ結露試験によっても劣化寿命がのびる。
とくに実施例に示した条件のように半導体素子断面積
当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように一
般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその効
果が発揮される。
当りの放熱面表面積が小さく、かつ自然放冷のように一
般の電子冷却素子より放熱効率の小さい条件下でその効
果が発揮される。
また熱電半導体素子を用いた冷却素子としてあらかじ
め複数個のｐ型、ｎ型素子を対として作成した素子は真
空脱気工程が少なくてすみ、工数を低減出来る。また各
熱電半導体素子の間にある絶縁体部に多孔体を用いるこ
とにより、パネル全体の熱伝導を低下させ、かつ真空脱
気時に全体を均一な真空状態にするこたが容易となる。
め複数個のｐ型、ｎ型素子を対として作成した素子は真
空脱気工程が少なくてすみ、工数を低減出来る。また各
熱電半導体素子の間にある絶縁体部に多孔体を用いるこ
とにより、パネル全体の熱伝導を低下させ、かつ真空脱
気時に全体を均一な真空状態にするこたが容易となる。
［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明の熱電半導体素子を利用し
た熱電半導体素子は、放熱側の放熱効率が小さい使用条
件下でも冷却面が低い温度まで冷却でき、かつ結露によ
る劣化の問題の起こりにくいものとすることができた。
た熱電半導体素子は、放熱側の放熱効率が小さい使用条
件下でも冷却面が低い温度まで冷却でき、かつ結露によ
る劣化の問題の起こりにくいものとすることができた。
また大面積化が容易で安価に製造できるなどの利点を
有しており工業的に有用である。
有しており工業的に有用である。
第１図、第２図及び第３図は本発明の一実施形態である
熱電半導体素子の模式図（一部断面図）である。 11……多孔質熱電半導体物質、12……電極金属板、13…
…気密性絶縁体樹脂。
熱電半導体素子の模式図（一部断面図）である。 11……多孔質熱電半導体物質、12……電極金属板、13…
…気密性絶縁体樹脂。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−106079（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183862（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−148879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−86286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−152256（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199860（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 35/32
Claims (8)
- 【請求項１】半導体部が開気孔を有する多孔体で形成さ
れ、前記半導体部の上下面に気密性金属層からなる電極
部が形成され、前記半導体部の端面および電極に覆われ
ていない上下面に気密性絶縁体からなる端面層が形成さ
れ、内部が気密状態に保持されてなる熱電半導体素子。 - 【請求項２】半導体部が、中空もしくは多孔体担体粒子
とその表面に形成された熱電半導体物質層からなる開気
孔を有する多孔体から形成されてなる請求項１記載の熱
電半導体素子。 - 【請求項３】開気孔を有する多孔体からなるｐ型、ｎ型
の半導体部が、絶縁体を介して配置され、上面にｐ型部
とｎ型部を結合する気密性金属質よりなる電極部、下面
にｐ型部、ｎ型部単独の気密性金属質からなる電極部を
有し、電極に覆われていない外周に露出したその他の部
分が気密性絶縁体によって囲まれており、ｐ型、ｎ型半
導体部が気密構造中にある構成をとり、内部が気密状態
に保持されてなる熱電半導体素子。 - 【請求項４】半導体部が中空もしくは多孔体担体粒子と
その表面に形成された熱電半導体物質層からなる開気孔
を有する多孔体から形成されてなる請求項３記載の熱電
半導体素子。 - 【請求項５】ｐ型とｎ型の半導体を介している絶縁体が
空気透過性である請求項３記載の熱電半導体素子。 - 【請求項６】上下面に形成された気密性金属層よりなる
電極部と絶縁体よりなる端面に覆われた、開気孔を有す
る多孔体よりなる複数個のｐ型、ｎ型の半導体部が密接
して配置され、上面と下面にｐ型とｎ型の半導体素子を
直列に接合する複数個の電極が形成され、電気的に正極
から負極に向かって、ｐ型からｎ型への接合面を片面
に、ｎ型からｐ型への接合面をもう片面に配した構造と
し、この電極部が気密性金属質よりなり、電極に覆われ
ていない外周に露出したその他の部分が気密性絶縁体に
よって囲まれており、複数個のｐ型、ｎ型半導体素子部
が気密構造中にある構成をとり、内部が気密状態に保持
されてなる熱電半導体素子。 - 【請求項７】半導体部が中空もしくは多孔体担体粒子と
その表面に形成された熱電半導体物質層からなる開気孔
を有する多孔体から形成されてなる請求項６記載の熱電
半導体素子。 - 【請求項８】ｐ型とｎ型の半導体を介している絶縁体が
空気透過性である請求項６記載の熱電半導体素子。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335925A JP2836950B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 熱電半導体素子 |
| EP91106177A EP0455051B1 (en) | 1990-04-20 | 1991-04-18 | Thermoelectric semiconductor having a porous structure deaerated into a vacuum and thermoelectric panel |
| DE69130654T DE69130654T2 (de) | 1990-04-20 | 1991-04-18 | Vakuumisolierter thermoelektrischer Halbleiter bestehend aus einer porösen Struktur und thermoelektrisches Bauelement |
| DE69132779T DE69132779T2 (de) | 1990-04-20 | 1991-04-18 | Vakuumisolierter thermoelektrischer Halbleiter und thermoelektrisches Bauelement, das P- und N-Typ thermoelektrische Halbleiter benutzt |
| EP97120243A EP0834930B1 (en) | 1990-04-20 | 1991-04-18 | Thermoelectric semiconductor deaerated into a vacuum and thermoelectric panel using p-type and n-type thermoelectric semiconductors |
| US07/688,424 US5168339A (en) | 1990-04-20 | 1991-04-22 | Thermoelectric semiconductor having a porous structure deaerated in a vacuum and thermoelectric panel using p-type and n-type thermoelectric semiconductors |
| US08/330,565 USRE35441E (en) | 1990-04-20 | 1994-10-28 | Thermoelectric semiconductor having a porous structure deaerated in a vacuum and thermoelectric panel using p-type and n-type thermoelectric semiconductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335925A JP2836950B2 (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 熱電半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199859A JPH04199859A (ja) | 1992-07-21 |
| JP2836950B2 true JP2836950B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=18293888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2335925A Expired - Fee Related JP2836950B2 (ja) | 1990-04-20 | 1990-11-29 | 熱電半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836950B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4839430B2 (ja) * | 2004-03-22 | 2011-12-21 | 国立大学法人九州大学 | 多孔質熱電材料の製造方法 |
| JP4579855B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2010-11-10 | 古河電気工業株式会社 | 電子冷熱モジュールおよびその製造方法 |
| JP2010165843A (ja) * | 2009-01-15 | 2010-07-29 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 熱電変換モジュールの製造方法及び熱電変換モジュール |
| DE102010049300A1 (de) * | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Halbleiterelemente bestehend aus thermoelektrischem Material zum Einsatz in einem thermoelektrischen Modul |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2335925A patent/JP2836950B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199859A (ja) | 1992-07-21 |
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