JP3447915B2 - 熱電素子及びそれを用いた熱電素子モジュール - Google Patents
熱電素子及びそれを用いた熱電素子モジュールInfo
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- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
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- H10N10/81—Structural details of the junction
- H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱と電気を相互に
変換することのできる熱電材料を薄膜状にして用いた熱
電素子に関するものである。
変換することのできる熱電材料を薄膜状にして用いた熱
電素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている熱電素子は、基板
上にＰ型とＮ型のバルク型熱電材料を並べ、それらを交
互に接続して電気的に直列としたものである。該バルク
型熱電素子は平板状となっており、その上面と下面のい
ずれか一方に低温領域、他方に高温領域が形成される。
上にＰ型とＮ型のバルク型熱電材料を並べ、それらを交
互に接続して電気的に直列としたものである。該バルク
型熱電素子は平板状となっており、その上面と下面のい
ずれか一方に低温領域、他方に高温領域が形成される。
【０００３】このバルク型熱電素子を用いて冷却の対象
物を冷却させるには、低温領域を冷却の対象面に密接さ
せればよい。また逆に、上下面に温度差を設けることで
電力を得ることができる。このように、熱電素子は物品
の冷却や加熱を目的とする熱電冷却、或いは廃熱などの
熱源を利用して発電を行う熱電発電に利用されている。
物を冷却させるには、低温領域を冷却の対象面に密接さ
せればよい。また逆に、上下面に温度差を設けることで
電力を得ることができる。このように、熱電素子は物品
の冷却や加熱を目的とする熱電冷却、或いは廃熱などの
熱源を利用して発電を行う熱電発電に利用されている。
【０００４】これに対して、資源の有効利用やコストダ
ウンを図るため、薄膜型熱電材料で構成された熱電素子
が提案されている。例えば、特開平８−３２１２６号公
報には、互いに重ならないＰ型とＮ型の半導体薄膜にＣ
ｕ薄膜を積層して接続した熱電素子が示されている。ま
た、Il-Ho Kim,Dong-Hi Lee,Proc.12thICTEC,1993,p.32
8には、Ｐ型、Ｎ型の半導体薄膜及とＣｕ薄膜とが互い
に重ならない構成の熱電素子が示されている。これは、
図９に示すように、基板上に熱電材料から成るＰ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とが放射状にパターンを形
成しており、それらがＣu薄膜１７によって交互に接続
されて電気的に直列な構成となっている。
ウンを図るため、薄膜型熱電材料で構成された熱電素子
が提案されている。例えば、特開平８−３２１２６号公
報には、互いに重ならないＰ型とＮ型の半導体薄膜にＣ
ｕ薄膜を積層して接続した熱電素子が示されている。ま
た、Il-Ho Kim,Dong-Hi Lee,Proc.12thICTEC,1993,p.32
8には、Ｐ型、Ｎ型の半導体薄膜及とＣｕ薄膜とが互い
に重ならない構成の熱電素子が示されている。これは、
図９に示すように、基板上に熱電材料から成るＰ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とが放射状にパターンを形
成しており、それらがＣu薄膜１７によって交互に接続
されて電気的に直列な構成となっている。
【０００５】電極薄膜１８に電圧を印加すると、Ｐ型半
導体薄膜２、Ｎ型半導体薄膜３、及びＣｕ薄膜１７のそ
れぞれの接合部のうち、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側（Ｎ
型半導体薄膜３の陰極側）では吸熱し、Ｐ型半導体薄膜
２の陰極側（Ｎ型半導体薄膜３の陽極側）では加熱す
る。故に、図中パターンの左回りに通電すると、パター
ンの中心部に位置するＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄
膜３との接合部が吸熱し、その周囲に位置するＰ型半導
体薄膜２とＣｕ薄膜１７との接合部、及びＮ型半導体薄
膜３とＣｕ薄膜１７との接合部が加熱する。
導体薄膜２、Ｎ型半導体薄膜３、及びＣｕ薄膜１７のそ
れぞれの接合部のうち、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側（Ｎ
型半導体薄膜３の陰極側）では吸熱し、Ｐ型半導体薄膜
２の陰極側（Ｎ型半導体薄膜３の陽極側）では加熱す
る。故に、図中パターンの左回りに通電すると、パター
ンの中心部に位置するＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄
膜３との接合部が吸熱し、その周囲に位置するＰ型半導
体薄膜２とＣｕ薄膜１７との接合部、及びＮ型半導体薄
膜３とＣｕ薄膜１７との接合部が加熱する。
【０００６】上記熱電素子の上面に、高分子フィルムや
セラミック板などの電気絶縁物を取り付けて熱電素子モ
ジュールとする。該熱電素子モジュールでは、例えば上
述したように通電すると、前記電気絶縁物の中央部は冷
却されて低温領域となり、その周囲部分は加熱されて高
温領域となる。故に、冷却の対象物を電気絶縁物の低温
領域に密接させるなどして冷却することができる。また
逆に、該電気絶縁物の中央部とその周囲部分に温度差を
設ければ、電極薄膜１８から電圧を取り出すことがで
き、発電が可能となる。
セラミック板などの電気絶縁物を取り付けて熱電素子モ
ジュールとする。該熱電素子モジュールでは、例えば上
述したように通電すると、前記電気絶縁物の中央部は冷
却されて低温領域となり、その周囲部分は加熱されて高
温領域となる。故に、冷却の対象物を電気絶縁物の低温
領域に密接させるなどして冷却することができる。また
逆に、該電気絶縁物の中央部とその周囲部分に温度差を
設ければ、電極薄膜１８から電圧を取り出すことがで
き、発電が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９の
薄膜型熱電材料で構成された熱電素子モジュールでは、
一平面内に低温領域と高温領域とが同時に形成されるの
で、平板状でその上面と下面のいずれか一方に低温領
域、他方に高温領域を形成するカスケード型熱電素子モ
ジュールを構成できない。また、前記バルク型熱電素子
のように、広い面積を有する対象面を一様に冷却又は加
熱することができず、その用途は限定されてしまう。ま
た、特開平８−３２１２６号公報では、基板フィルムの
上面と下面で低温領域と高温領域とが形成されるが、そ
の厚さが小さいため熱伝導により熱損失が生じる。
薄膜型熱電材料で構成された熱電素子モジュールでは、
一平面内に低温領域と高温領域とが同時に形成されるの
で、平板状でその上面と下面のいずれか一方に低温領
域、他方に高温領域を形成するカスケード型熱電素子モ
ジュールを構成できない。また、前記バルク型熱電素子
のように、広い面積を有する対象面を一様に冷却又は加
熱することができず、その用途は限定されてしまう。ま
た、特開平８−３２１２６号公報では、基板フィルムの
上面と下面で低温領域と高温領域とが形成されるが、そ
の厚さが小さいため熱伝導により熱損失が生じる。
【０００８】本発明は上記課題に鑑み、薄膜状の熱電材
料で構成され、広い面積を有する冷却又は加熱の対象面
を一様に冷却又は加熱することの可能な、熱損失の少な
い熱電素子を提供することを目的とする。また、本発明
の他の目的は、薄膜状の熱電材料で構成され、低温領域
と高温領域の温度差を大きく取ることのできるカスケー
ド型の熱電素子モジュールを提供することにある。
料で構成され、広い面積を有する冷却又は加熱の対象面
を一様に冷却又は加熱することの可能な、熱損失の少な
い熱電素子を提供することを目的とする。また、本発明
の他の目的は、薄膜状の熱電材料で構成され、低温領域
と高温領域の温度差を大きく取ることのできるカスケー
ド型の熱電素子モジュールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、請求項１の熱電素子は、基板上に第１の電極と、第
２の電極と、熱電材料から成るＰ型半導体薄膜と、熱電
材料から成るＮ型半導体薄膜とが形成され、前記Ｐ型半
導体薄膜は前記第１の電極に接続されており、前記Ｎ型
半導体薄膜は前記第２の電極に接続されている熱電素子
において、前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導体薄膜と
が重なって接合しており、その接合面が前記基板の略全
面に存するものである。
に、請求項１の熱電素子は、基板上に第１の電極と、第
２の電極と、熱電材料から成るＰ型半導体薄膜と、熱電
材料から成るＮ型半導体薄膜とが形成され、前記Ｐ型半
導体薄膜は前記第１の電極に接続されており、前記Ｎ型
半導体薄膜は前記第２の電極に接続されている熱電素子
において、前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導体薄膜と
が重なって接合しており、その接合面が前記基板の略全
面に存するものである。
【００１０】上記構成の熱電素子において、例えば第１
の電極にマイナス、第２の電極にプラスの電圧を印加す
ると、第２の電極からＮ型半導体薄膜、Ｐ型半導体薄
膜、第１の電極へと電流が流れる。通電された熱電材料
では、Ｐ型半導体の陽極側(又は、Ｎ型半導体の陰極側)
で吸熱し、Ｐ型半導体の陰極側(又は、Ｎ型半導体の陽極
側)で加熱する。
の電極にマイナス、第２の電極にプラスの電圧を印加す
ると、第２の電極からＮ型半導体薄膜、Ｐ型半導体薄
膜、第１の電極へと電流が流れる。通電された熱電材料
では、Ｐ型半導体の陽極側(又は、Ｎ型半導体の陰極側)
で吸熱し、Ｐ型半導体の陰極側(又は、Ｎ型半導体の陽極
側)で加熱する。
【００１１】故に、Ｐ型半導体薄膜とＮ型半導体薄膜と
の接合面は吸熱を起こし、第１の電極とＰ型半導体薄膜
との接合面、及び第２の電極とＮ型半導体薄膜との接合
面は加熱を起こす。このとき、吸熱する接合面は基板の
ほぼ全面にわたって形成されている。
の接合面は吸熱を起こし、第１の電極とＰ型半導体薄膜
との接合面、及び第２の電極とＮ型半導体薄膜との接合
面は加熱を起こす。このとき、吸熱する接合面は基板の
ほぼ全面にわたって形成されている。
【００１２】請求項２の熱電素子は、請求項１に記載の
熱電素子において、前記Ｐ型半導体薄膜及び前記Ｎ型半
導体薄膜の少なくともいずれか一方の所望の位置に薄膜
不存在部が形成されたものである。この薄膜不存在部に
よって、Ｐ型半導体薄膜とＮ型半導体薄膜との接合面に
は間欠的に非接合部が生じ、そこでは吸熱又は加熱する
ことがない。故に、薄膜不存在部の面積や形成位置によ
り、Ｐ型半導体薄膜とＮ型半導体薄膜との接合面の吸熱
能力又は加熱能力を自在に調節することができる。
熱電素子において、前記Ｐ型半導体薄膜及び前記Ｎ型半
導体薄膜の少なくともいずれか一方の所望の位置に薄膜
不存在部が形成されたものである。この薄膜不存在部に
よって、Ｐ型半導体薄膜とＮ型半導体薄膜との接合面に
は間欠的に非接合部が生じ、そこでは吸熱又は加熱する
ことがない。故に、薄膜不存在部の面積や形成位置によ
り、Ｐ型半導体薄膜とＮ型半導体薄膜との接合面の吸熱
能力又は加熱能力を自在に調節することができる。
【００１３】請求項３の熱電素子は、基板上に第１の電
極と、第２の電極と、熱電材料から成るＰ型半導体薄膜
と、熱電材料から成るＮ型半導体薄膜とが形成され、前
記Ｐ型半導体薄膜は前記第１の電極に接続されており、
前記Ｎ型半導体薄膜は前記第２の電極に接続されている
熱電素子において、前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導
体薄膜とは離間しており、所望の位置で導電膜により接
続されたものである。
極と、第２の電極と、熱電材料から成るＰ型半導体薄膜
と、熱電材料から成るＮ型半導体薄膜とが形成され、前
記Ｐ型半導体薄膜は前記第１の電極に接続されており、
前記Ｎ型半導体薄膜は前記第２の電極に接続されている
熱電素子において、前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導
体薄膜とは離間しており、所望の位置で導電膜により接
続されたものである。
【００１４】上記構成の熱電素子において、例えば第１
の電極にマイナス、第２の電極にプラスの電圧を印加す
ると、第２の電極からＮ型半導体薄膜、導電膜、Ｐ型半
導体薄膜、第１の電極へと電流が流れる。故に、Ｐ型半
導体薄膜と導電膜との接合面、及びＮ型半導体薄膜と導
電膜との接合面は吸熱を起こし、第１の電極とＰ型半導
体薄膜との接合面、及び第２の電極とＮ型半導体薄膜と
の接合面は加熱を起こす。故に、導電膜の面積や形成位
置により、該熱電素子の吸熱能力又は加熱能力を自在に
調節することができる。
の電極にマイナス、第２の電極にプラスの電圧を印加す
ると、第２の電極からＮ型半導体薄膜、導電膜、Ｐ型半
導体薄膜、第１の電極へと電流が流れる。故に、Ｐ型半
導体薄膜と導電膜との接合面、及びＮ型半導体薄膜と導
電膜との接合面は吸熱を起こし、第１の電極とＰ型半導
体薄膜との接合面、及び第２の電極とＮ型半導体薄膜と
の接合面は加熱を起こす。故に、導電膜の面積や形成位
置により、該熱電素子の吸熱能力又は加熱能力を自在に
調節することができる。
【００１５】請求項４の熱電素子は、貫通孔が設けられ
た基板の両面に、前記貫通孔を塞ぐ第１の電極と、第２
の電極と、熱電材料から成る第１の半導体薄膜と、熱電
材料から成る第２の半導体薄膜とが形成され、前記第１
の半導体薄膜は前記第１の電極に接続され、前記第２の
半導体薄膜は前記第２の電極に接続され、前記第１の半
導体薄膜と前記第２の半導体薄膜とは重なって接合し、
その接合面が前記基板の略全面に存し、前記第１及び第
２の半導体薄膜のいずれか一方がＰ型半導体であり、他
方がＮ型半導体であることを特徴とする。
た基板の両面に、前記貫通孔を塞ぐ第１の電極と、第２
の電極と、熱電材料から成る第１の半導体薄膜と、熱電
材料から成る第２の半導体薄膜とが形成され、前記第１
の半導体薄膜は前記第１の電極に接続され、前記第２の
半導体薄膜は前記第２の電極に接続され、前記第１の半
導体薄膜と前記第２の半導体薄膜とは重なって接合し、
その接合面が前記基板の略全面に存し、前記第１及び第
２の半導体薄膜のいずれか一方がＰ型半導体であり、他
方がＮ型半導体であることを特徴とする。
【００１６】上記構成の熱電素子において、例えば上面
の第１の電極にプラス、下面の第１の電極にマイナスの
電圧を印加すると、上面の第１の電極から第１の半導体
薄膜、第２の半導体薄膜、第２の電極へと電流が流れ、
第２の電極は下面の第２の半導体薄膜に接続しているの
で、そこから下面の第１の半導体薄膜、第１の電極へと
通電される。
の第１の電極にプラス、下面の第１の電極にマイナスの
電圧を印加すると、上面の第１の電極から第１の半導体
薄膜、第２の半導体薄膜、第２の電極へと電流が流れ、
第２の電極は下面の第２の半導体薄膜に接続しているの
で、そこから下面の第１の半導体薄膜、第１の電極へと
通電される。
【００１７】故に、第１の半導体薄膜がＰ型半導体、第
２の半導体薄膜がＮ型半導体であれば、上面の第１の半
導体薄膜と第２の半導体薄膜との接合面、下面の第１の
電極と第１の半導体薄膜との接合面、及び下面の第２の
電極と第２の半導体薄膜との接合面は吸熱を起こす。
２の半導体薄膜がＮ型半導体であれば、上面の第１の半
導体薄膜と第２の半導体薄膜との接合面、下面の第１の
電極と第１の半導体薄膜との接合面、及び下面の第２の
電極と第２の半導体薄膜との接合面は吸熱を起こす。
【００１８】また、下面の第１の半導体薄膜と第２の半
導体薄膜との接合面、上面の第１の電極と第１の半導体
薄膜との接合面、及び上面の第２の電極と第２の半導体
薄膜との接合面は加熱を起こす。このとき、基板の上面
では吸熱する接合面が基板のほぼ全面にわたって形成さ
れており、基板の下面では加熱する接合面が基板のほぼ
全面にわたって形成されている。
導体薄膜との接合面、上面の第１の電極と第１の半導体
薄膜との接合面、及び上面の第２の電極と第２の半導体
薄膜との接合面は加熱を起こす。このとき、基板の上面
では吸熱する接合面が基板のほぼ全面にわたって形成さ
れており、基板の下面では加熱する接合面が基板のほぼ
全面にわたって形成されている。
【００１９】請求項５の熱電素子モジュールは、請求項
１〜請求項４のいずれかに記載の熱電素子を複数個重
ね、隣接する熱電素子の第１の電極と第２の電極とを相
互に接続したものである。例えば、請求項４の熱電素子
から成る熱電素子モジュールでは、最上段に位置する熱
電素子の上面と、最下段に位置する熱電素子の下面のう
ち、いずれか一方の面では吸熱する接合面が基板のほぼ
全面にわたって形成されており、他方の面では加熱する
接合面が基板のほぼ全面にわたって形成されている。
１〜請求項４のいずれかに記載の熱電素子を複数個重
ね、隣接する熱電素子の第１の電極と第２の電極とを相
互に接続したものである。例えば、請求項４の熱電素子
から成る熱電素子モジュールでは、最上段に位置する熱
電素子の上面と、最下段に位置する熱電素子の下面のう
ち、いずれか一方の面では吸熱する接合面が基板のほぼ
全面にわたって形成されており、他方の面では加熱する
接合面が基板のほぼ全面にわたって形成されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施形
態について説明する。まず、第１実施形態について説明
する。図１(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は図１(イ)におけるＡ-Ａ´線での断面図であ
る。１はガラスや高分子フィルムから成る電気絶縁性の
基板である。
態について説明する。まず、第１実施形態について説明
する。図１(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は図１(イ)におけるＡ-Ａ´線での断面図であ
る。１はガラスや高分子フィルムから成る電気絶縁性の
基板である。
【００２１】該基板１の上面には、その辺縁に沿ってＬ
字型の第１の電極４と第２の電極５とが形成されてい
る。これらの第１の電極４及び第２の電極５はアルミや
銀、金などの金属から成り、蒸着やスパッタリング、Ｃ
ＶＤなどの真空成膜法により形成されたものである。
字型の第１の電極４と第２の電極５とが形成されてい
る。これらの第１の電極４及び第２の電極５はアルミや
銀、金などの金属から成り、蒸着やスパッタリング、Ｃ
ＶＤなどの真空成膜法により形成されたものである。
【００２２】熱電変換効率の良好な材料(例えば、ＢixＳ
b2-xＴe3など)から成るＰ型半導体薄膜２は、略正方形
状にパターニングされたもので、その隣合う二辺縁で第
１の電極４上に接続されている。但し、マスキングによ
り第２の電極５を避けて形成している。
b2-xＴe3など)から成るＰ型半導体薄膜２は、略正方形
状にパターニングされたもので、その隣合う二辺縁で第
１の電極４上に接続されている。但し、マスキングによ
り第２の電極５を避けて形成している。
【００２３】また、熱電変換効率の良好な材料(例えば、
Ｂi2ＳbxＴe3-xなど)から成るＮ型半導体薄膜３は、Ｐ
型半導体薄膜２と同様に略正方形状にパターニングされ
たもので、Ｐ型半導体薄膜２の上面に密着しながら、そ
の隣合う二辺縁で第２の電極５上に接続されている。但
し、マスキングにより、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極
４との接合部７a、及び第１の電極４を避けて形成して
いる。
Ｂi2ＳbxＴe3-xなど)から成るＮ型半導体薄膜３は、Ｐ
型半導体薄膜２と同様に略正方形状にパターニングされ
たもので、Ｐ型半導体薄膜２の上面に密着しながら、そ
の隣合う二辺縁で第２の電極５上に接続されている。但
し、マスキングにより、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極
４との接合部７a、及び第１の電極４を避けて形成して
いる。
【００２４】該熱電素子の第１の電極４をマイナス、第
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第
１の電極４の方向に電流が流れる。このとき、Ｐ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導
体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になるの
で、その部分で吸熱が起こる。
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第
１の電極４の方向に電流が流れる。このとき、Ｐ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導
体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になるの
で、その部分で吸熱が起こる。
【００２５】また、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極４と
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分が加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分が加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。
【００２６】本実施形態の熱電素子では、吸熱部６を加
熱部７a,７bに比べて大きく構成し、基板１のほぼ全面
に配していることから、基板１全体としては吸熱作用を
有するものとなる。故に、その吸熱部６では面積の広い
冷却の対象物を冷却することができる。尚、吸熱部６と
加熱部７a,７bとの間隔が狭い場合、基板１及び半導体
薄膜２,３の熱伝導による熱損失が大きくなり、熱電性
能が低下する。従って、吸熱部６と加熱部７a,７bとは
適当な距離をおいて配置されることが好ましい。
熱部７a,７bに比べて大きく構成し、基板１のほぼ全面
に配していることから、基板１全体としては吸熱作用を
有するものとなる。故に、その吸熱部６では面積の広い
冷却の対象物を冷却することができる。尚、吸熱部６と
加熱部７a,７bとの間隔が狭い場合、基板１及び半導体
薄膜２,３の熱伝導による熱損失が大きくなり、熱電性
能が低下する。従って、吸熱部６と加熱部７a,７bとは
適当な距離をおいて配置されることが好ましい。
【００２７】また、ここでは第２の電極５から第１の電
極４の方向へ通電したが、これを逆にして接合面６を加
熱部、接合面７a,７bを吸熱部とすることもできる。さ
らに、接合面６と接合面７a,７bとの間に温度差を設け
ることで、発電することも可能である。
極４の方向へ通電したが、これを逆にして接合面６を加
熱部、接合面７a,７bを吸熱部とすることもできる。さ
らに、接合面６と接合面７a,７bとの間に温度差を設け
ることで、発電することも可能である。
【００２８】次に、第２実施形態について説明する。図
２(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は
図２(イ)におけるＢ-Ｂ´線での断面図である。尚、本
実施形態における基板１、半導体薄膜２,３、及び電極
４,５の材料や成膜方法は、いずれも第１実施形態と同
様である。
２(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は
図２(イ)におけるＢ-Ｂ´線での断面図である。尚、本
実施形態における基板１、半導体薄膜２,３、及び電極
４,５の材料や成膜方法は、いずれも第１実施形態と同
様である。
【００２９】基板１の上面にはＩ字型の第１の電極４と
第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう対
向して形成されている。また、Ｐ型半導体薄膜２及びＮ
型半導体薄膜３は共に櫛形にパターニングされたもの
で、Ｐ型半導体薄膜２は櫛の背の部分で第１の電極４上
に接続されており、第２の電極５とは接触していない。
第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう対
向して形成されている。また、Ｐ型半導体薄膜２及びＮ
型半導体薄膜３は共に櫛形にパターニングされたもの
で、Ｐ型半導体薄膜２は櫛の背の部分で第１の電極４上
に接続されており、第２の電極５とは接触していない。
【００３０】Ｎ型半導体薄膜３も櫛の背の部分で第２の
電極５上に接続されており、第１の電極４とは接触して
いない。また、Ｎ型半導体薄膜３は櫛の歯の部分はＰ型
半導体薄膜２の櫛の歯の間隙に位置するよう形成されて
おり、なおかつ両側に隣接するＰ型半導体薄膜２の櫛の
歯の部分に上方から接合している。これによって、基板
１上全体に一連の細長い接合面６が形成される。
電極５上に接続されており、第１の電極４とは接触して
いない。また、Ｎ型半導体薄膜３は櫛の歯の部分はＰ型
半導体薄膜２の櫛の歯の間隙に位置するよう形成されて
おり、なおかつ両側に隣接するＰ型半導体薄膜２の櫛の
歯の部分に上方から接合している。これによって、基板
１上全体に一連の細長い接合面６が形成される。
【００３１】該熱電素子の第１の電極４をマイナス、第
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第
１の電極４の方向に電流が流れる。このとき、Ｐ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導
体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になるの
で、その部分で吸熱が起こる。
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第
１の電極４の方向に電流が流れる。このとき、Ｐ型半導
体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導
体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になるの
で、その部分で吸熱が起こる。
【００３２】また、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極４と
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。
【００３３】本実施形態の熱電素子では、第１実施形態
と同様に、吸熱部６を加熱部７a,７bに比べて大きく構
成し、基板１のほぼ全面に配していることから、基板１
全体としては吸熱作用を有するものとなる。尚、ここで
は半導体薄膜２,３の形状を櫛形としたが、接合面６が
基板１全面に形成されていればよく、その形状は櫛形に
限定されるものではない。
と同様に、吸熱部６を加熱部７a,７bに比べて大きく構
成し、基板１のほぼ全面に配していることから、基板１
全体としては吸熱作用を有するものとなる。尚、ここで
は半導体薄膜２,３の形状を櫛形としたが、接合面６が
基板１全面に形成されていればよく、その形状は櫛形に
限定されるものではない。
【００３４】次に、第３実施形態について説明する。図
３は本実施形態の熱電素子の上面図である。該熱電素子
は、第２実施形態の半導体薄膜２,３を４個ずつ形成し
たものである。即ち、基板１の上面には対向する二辺縁
に沿って、Ｉ字型の第２の電極５が形成されている。ま
た、第１の電極４a,４bはＨ字型で、第２の電極５が形
成されていない二辺縁に沿う部分４aと、該二辺縁に沿
う部分４aをつなぐ第２の電極５に平行な部分４bとから
成る。
３は本実施形態の熱電素子の上面図である。該熱電素子
は、第２実施形態の半導体薄膜２,３を４個ずつ形成し
たものである。即ち、基板１の上面には対向する二辺縁
に沿って、Ｉ字型の第２の電極５が形成されている。ま
た、第１の電極４a,４bはＨ字型で、第２の電極５が形
成されていない二辺縁に沿う部分４aと、該二辺縁に沿
う部分４aをつなぐ第２の電極５に平行な部分４bとから
成る。
【００３５】櫛形にパターニングされたＰ型半導体薄膜
２とＮ型半導体薄膜３とは、各４個ずつ基板１上に形成
されている。Ｐ型半導体薄膜２は櫛の背の部分で第１の
電極４bの両側端上に２個ずつ接続されており、このと
き櫛の歯の部分は図中の上下方向(第２の電極５側の方
向)に向いている。
２とＮ型半導体薄膜３とは、各４個ずつ基板１上に形成
されている。Ｐ型半導体薄膜２は櫛の背の部分で第１の
電極４bの両側端上に２個ずつ接続されており、このと
き櫛の歯の部分は図中の上下方向(第２の電極５側の方
向)に向いている。
【００３６】Ｎ型半導体薄膜３は櫛の背の部分で２本の
第２の電極５上に２個ずつ接続されており、このとき櫛
の歯の部分は第１の電極４b方向に向いている。これら
のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とは、第２の実
施形態と同様に互いに櫛の歯の部分で接合し、基板１上
全体に一連の細長い接合面６を形成している。
第２の電極５上に２個ずつ接続されており、このとき櫛
の歯の部分は第１の電極４b方向に向いている。これら
のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とは、第２の実
施形態と同様に互いに櫛の歯の部分で接合し、基板１上
全体に一連の細長い接合面６を形成している。
【００３７】該熱電素子の第１の電極４a,４bをマイナ
ス、第２の電極５をプラスとして直流電圧を印加する
と、第２の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄
膜２、第１の電極４a,４bの方向に電流が流れる。この
とき、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面
６は、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰
極側)になるので、その部分で吸熱が起こる。
ス、第２の電極５をプラスとして直流電圧を印加する
と、第２の電極５からＮ型半導体薄膜３、Ｐ型半導体薄
膜２、第１の電極４a,４bの方向に電流が流れる。この
とき、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面
６は、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰
極側)になるので、その部分で吸熱が起こる。
【００３８】また、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極４a,
４bとの接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極
５との接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極
側、及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部
分で加熱が起こる。即ち、図中基板１の上下辺縁部分及
び中央部が加熱部７a,７bとなり、それを除くほぼ全面
が吸熱部６となる。これによって、本実施形態の熱電素
子では、第２実施形態と同様に基板１全体では吸熱作用
を有するものとなる。
４bとの接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極
５との接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極
側、及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部
分で加熱が起こる。即ち、図中基板１の上下辺縁部分及
び中央部が加熱部７a,７bとなり、それを除くほぼ全面
が吸熱部６となる。これによって、本実施形態の熱電素
子では、第２実施形態と同様に基板１全体では吸熱作用
を有するものとなる。
【００３９】次に第４実施形態について説明する。図４
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
４(イ)におけるＣ-Ｃ´線での断面図である。本実施形
態の基板１及び電極４,５の構成は、第２実施形態と同
様である。即ち、基板１の上面にＩ字型の第１の電極４
と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう
対向して形成されている。
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
４(イ)におけるＣ-Ｃ´線での断面図である。本実施形
態の基板１及び電極４,５の構成は、第２実施形態と同
様である。即ち、基板１の上面にＩ字型の第１の電極４
と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう
対向して形成されている。
【００４０】半導体薄膜２,３も第２実施形態と同様に
櫛形にパターニングされており、第１の電極４或いは第
２の電極５に接続されているが、これらの半導体薄膜
２,３の櫛の歯の部分にはいくつかの薄膜不存在部が形
成されている。故に、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄
膜３とがその櫛の歯の部分で互いに接合してできた接合
面６には、間欠的に非接合部６´が存する。
櫛形にパターニングされており、第１の電極４或いは第
２の電極５に接続されているが、これらの半導体薄膜
２,３の櫛の歯の部分にはいくつかの薄膜不存在部が形
成されている。故に、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄
膜３とがその櫛の歯の部分で互いに接合してできた接合
面６には、間欠的に非接合部６´が存する。
【００４１】該熱電素子の第１の電極４及び第２の電極
５に直流電圧を印加すると、第２の電極５からＮ型半導
体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第１の電極４の方向に電
流が流れる。このとき、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体
薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側(Ｎ
型半導体薄膜の陰極側)になるので、その部分で吸熱が
起こる。
５に直流電圧を印加すると、第２の電極５からＮ型半導
体薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第１の電極４の方向に電
流が流れる。このとき、Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体
薄膜３との接合面６は、Ｐ型半導体薄膜２の陽極側(Ｎ
型半導体薄膜の陰極側)になるので、その部分で吸熱が
起こる。
【００４２】また、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極４と
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。故に、本実施形態の熱電素子では、第２実施形態と
同様に、基板１全体としては吸熱作用を有するものとな
る。さらに、吸熱部６における非接合部６´の面積や形
成位置によって、所望の冷却能力に調節することができ
る。
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６とな
る。故に、本実施形態の熱電素子では、第２実施形態と
同様に、基板１全体としては吸熱作用を有するものとな
る。さらに、吸熱部６における非接合部６´の面積や形
成位置によって、所望の冷却能力に調節することができ
る。
【００４３】次に第５実施形態について説明する。図５
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
６(イ)におけるＤ-Ｄ´線での断面図である。本実施形
態における基板１及び電極４,５の構成は、第２実施形
態と同様である。即ち、基板１の上面にはＩ字型の第１
の電極４と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に
沿うよう対向して形成されている。
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
６(イ)におけるＤ-Ｄ´線での断面図である。本実施形
態における基板１及び電極４,５の構成は、第２実施形
態と同様である。即ち、基板１の上面にはＩ字型の第１
の電極４と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に
沿うよう対向して形成されている。
【００４４】半導体薄膜２,３も第２実施形態と同様に
櫛形にパターニングされており、第１の電極４或いは第
２の電極５に接続されているが、Ｐ型半導体薄膜２とＮ
型半導体薄膜３とは一方の半導体薄膜の櫛の歯の間隙
に、他方の半導体薄膜の櫛の歯の部分が位置しており、
直接密接していない。このようなＰ型半導体薄膜２及び
Ｎ型半導体薄膜３上の所望の位置に、Ｐ型半導体薄膜２
とＮ型半導体薄膜３とを電気的に接続するための、アル
ミや銀、金などの良導体から成る導電膜８が形成されて
いる。
櫛形にパターニングされており、第１の電極４或いは第
２の電極５に接続されているが、Ｐ型半導体薄膜２とＮ
型半導体薄膜３とは一方の半導体薄膜の櫛の歯の間隙
に、他方の半導体薄膜の櫛の歯の部分が位置しており、
直接密接していない。このようなＰ型半導体薄膜２及び
Ｎ型半導体薄膜３上の所望の位置に、Ｐ型半導体薄膜２
とＮ型半導体薄膜３とを電気的に接続するための、アル
ミや銀、金などの良導体から成る導電膜８が形成されて
いる。
【００４５】該熱電素子の第１の電極４をマイナス、第
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、導電膜８、Ｐ型半導体
薄膜２、第１の電極４の方向に電流が流れる。このと
き、Ｐ型半導体薄膜２と導電膜８との接合面６a、及び
Ｎ型半導体薄膜３と導電膜８との接合面６bは、Ｐ型半
導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になり、
吸熱が起こる。
２の電極５をプラスとして直流電圧を印加すると、第２
の電極５からＮ型半導体薄膜３、導電膜８、Ｐ型半導体
薄膜２、第１の電極４の方向に電流が流れる。このと
き、Ｐ型半導体薄膜２と導電膜８との接合面６a、及び
Ｎ型半導体薄膜３と導電膜８との接合面６bは、Ｐ型半
導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になり、
吸熱が起こる。
【００４６】また、Ｐ型半導体薄膜２と第１の電極４と
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６a,６b
となる。故に本実施形態の熱電素子は、第２実施形態と
同様に、基板１全体としては吸熱作用を有するものとな
る。さらに、導電膜８の面積や形成位置によって、所望
の冷却能力に調節することができる。
の接合面７a、及びＮ型半導体薄膜３と第２の電極５と
の接合面７bは、それぞれＰ型半導体薄膜２の陰極側、
及びＮ型半導体薄膜３の陽極側になるので、その部分で
加熱が起こる。即ち、基板１の辺縁部分は加熱部７a,７
bとなり、その辺縁部分を除くほぼ全面が吸熱部６a,６b
となる。故に本実施形態の熱電素子は、第２実施形態と
同様に、基板１全体としては吸熱作用を有するものとな
る。さらに、導電膜８の面積や形成位置によって、所望
の冷却能力に調節することができる。
【００４７】次に第６実施形態について説明する。図６
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
６(イ)におけるＥ-Ｅ´線での断面図である。本実施形
態の基板１は断熱性の高い材料、例えば発泡樹脂の表面
に通常の樹脂をコーティングしたものから成り、隣合う
二辺縁に沿って複数の貫通孔９が設けられている。
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
６(イ)におけるＥ-Ｅ´線での断面図である。本実施形
態の基板１は断熱性の高い材料、例えば発泡樹脂の表面
に通常の樹脂をコーティングしたものから成り、隣合う
二辺縁に沿って複数の貫通孔９が設けられている。
【００４８】本実施形態における半導体薄膜２,３、及
び電極４,５の材料や成膜方法は、第１実施形態と同様
である。基板１の両面には、その辺縁に沿ってＬ字型の
第１の電極４と第２の電極５とが形成されている。特
に、両面の第２の電極５は貫通孔９を塞ぐ位置に設けら
れており、貫通孔９内で一体となっている。
び電極４,５の材料や成膜方法は、第１実施形態と同様
である。基板１の両面には、その辺縁に沿ってＬ字型の
第１の電極４と第２の電極５とが形成されている。特
に、両面の第２の電極５は貫通孔９を塞ぐ位置に設けら
れており、貫通孔９内で一体となっている。
【００４９】両面の第１の電極４,４´上には、それぞ
れ略正方形状のＰ型半導体薄膜２がその隣合う二辺縁で
接続されており、このＰ型半導体薄膜２は第２の電極５
とは接触していない。また、両面の第２の電極５上に
は、それぞれ略正方形状のＮ型半導体薄膜３がその隣合
う二辺縁で接続されており、このＮ型半導体薄膜３は第
１の電極４,４´とは接触していない。
れ略正方形状のＰ型半導体薄膜２がその隣合う二辺縁で
接続されており、このＰ型半導体薄膜２は第２の電極５
とは接触していない。また、両面の第２の電極５上に
は、それぞれ略正方形状のＮ型半導体薄膜３がその隣合
う二辺縁で接続されており、このＮ型半導体薄膜３は第
１の電極４,４´とは接触していない。
【００５０】該熱電素子における上面の第１の電極４に
プラス、下面の第１の電極４´にマイナスの直流電圧を
印加すると、上面の第１の電極４からＰ型半導体薄膜
２、Ｎ型半導体薄膜３、第２の電極５へと電流が流れ、
第２の電極５は下面のＮ型半導体薄膜３に密接している
ので、そこから下面のＰ型半導体薄膜２、第１の電極４
´へと通電される。
プラス、下面の第１の電極４´にマイナスの直流電圧を
印加すると、上面の第１の電極４からＰ型半導体薄膜
２、Ｎ型半導体薄膜３、第２の電極５へと電流が流れ、
第２の電極５は下面のＮ型半導体薄膜３に密接している
ので、そこから下面のＰ型半導体薄膜２、第１の電極４
´へと通電される。
【００５１】このとき、上面の第１の電極４とＰ型半導
体薄膜２との接合面６a、及び上面のＮ型半導体薄膜３
と第２の電極５との接合面６b、下面のＰ型半導体薄膜
２とＮ型半導体薄膜３との接合面６cは、それぞれＰ型
半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になる
ので、その部分で吸熱が起こる。
体薄膜２との接合面６a、及び上面のＮ型半導体薄膜３
と第２の電極５との接合面６b、下面のＰ型半導体薄膜
２とＮ型半導体薄膜３との接合面６cは、それぞれＰ型
半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になる
ので、その部分で吸熱が起こる。
【００５２】また、上面のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導
体薄膜３との接合面７a、第２の電極５と下面のＮ型半
導体薄膜３との接合面７b、及び下面のＰ型半導体薄膜
２と下面の第１の電極４´との接合面７cは、それぞれ
Ｐ型半導体薄膜２の陰極側、及びＮ型半導体薄膜３の陽
極側になるので、その部分で加熱が起こる。即ち、下面
の辺縁部分を除く全面は吸熱部６cとなり、上面の辺縁
部分を除く全面は加熱部７aとなる。
体薄膜３との接合面７a、第２の電極５と下面のＮ型半
導体薄膜３との接合面７b、及び下面のＰ型半導体薄膜
２と下面の第１の電極４´との接合面７cは、それぞれ
Ｐ型半導体薄膜２の陰極側、及びＮ型半導体薄膜３の陽
極側になるので、その部分で加熱が起こる。即ち、下面
の辺縁部分を除く全面は吸熱部６cとなり、上面の辺縁
部分を除く全面は加熱部７aとなる。
【００５３】本実施形態の熱電素子では、第１実施形態
と同様に、下面全体は吸熱作用を有するものとなり、上
面全体は加熱作用を有するものとなる。また、吸熱する
下面と加熱する上面とは断熱性の高い基板１に隔てられ
ているので、その熱損失は少ない。尚、該熱電素子は第
１実施形態の熱電素子に準じた構成としたが、半導体薄
膜２,３に薄膜不存在部や導電膜を形成する第４又は第
５実施形態に準じた構成とすることも可能である。
と同様に、下面全体は吸熱作用を有するものとなり、上
面全体は加熱作用を有するものとなる。また、吸熱する
下面と加熱する上面とは断熱性の高い基板１に隔てられ
ているので、その熱損失は少ない。尚、該熱電素子は第
１実施形態の熱電素子に準じた構成としたが、半導体薄
膜２,３に薄膜不存在部や導電膜を形成する第４又は第
５実施形態に準じた構成とすることも可能である。
【００５４】次に第７実施形態について説明する。図７
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
７(イ)におけるＦ-Ｆ´線での断面図である。また、
(ハ)は図７(イ)におけるＧ-Ｇ´線での切断面を一部示
したものである。本実施形態の基板１は第６実施形態と
同様に、断熱性の高い材料、例えば発泡樹脂の表面に通
常の樹脂をコーティングしたものから成り、その一辺縁
に沿って複数の貫通孔９が設けられている。
(イ)は本実施形態の熱電素子の上面図であり、(ロ)は図
７(イ)におけるＦ-Ｆ´線での断面図である。また、
(ハ)は図７(イ)におけるＧ-Ｇ´線での切断面を一部示
したものである。本実施形態の基板１は第６実施形態と
同様に、断熱性の高い材料、例えば発泡樹脂の表面に通
常の樹脂をコーティングしたものから成り、その一辺縁
に沿って複数の貫通孔９が設けられている。
【００５５】本実施形態における半導体薄膜２,３、及
び電極４,５の材料や成膜方法は、第２実施形態と同様
である。即ち、基板１の両面にはＩ字型の第１の電極４
と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう
対向して形成されている。特に、両面の第１の電極４は
基板１の貫通孔９を塞ぐ位置に設けられており、貫通孔
９内で一体となっている。
び電極４,５の材料や成膜方法は、第２実施形態と同様
である。即ち、基板１の両面にはＩ字型の第１の電極４
と第２の電極５とが、いずれも基板１の辺縁に沿うよう
対向して形成されている。特に、両面の第１の電極４は
基板１の貫通孔９を塞ぐ位置に設けられており、貫通孔
９内で一体となっている。
【００５６】両面の第１の電極４上には、それぞれ略正
方形状のＰ型半導体薄膜２が櫛の背の部分で接続されて
おり、このＰ型半導体薄膜２は第２の電極５とは接触し
ていない。また、上面の第２の電極５と、図示しない下
面の第２の電極には、略正方形状のＮ型半導体３がその
櫛の背の部分でそれぞれ接続しており、このＮ型半導体
薄膜３は第１の電極とは接触していない。これら両面の
Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とは、第２実施形
態と同様に互いに櫛の歯の辺縁部分で接合して、基板１
の両面全体に一連の細長い接合面６を形成している。
方形状のＰ型半導体薄膜２が櫛の背の部分で接続されて
おり、このＰ型半導体薄膜２は第２の電極５とは接触し
ていない。また、上面の第２の電極５と、図示しない下
面の第２の電極には、略正方形状のＮ型半導体３がその
櫛の背の部分でそれぞれ接続しており、このＮ型半導体
薄膜３は第１の電極とは接触していない。これら両面の
Ｐ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３とは、第２実施形
態と同様に互いに櫛の歯の辺縁部分で接合して、基板１
の両面全体に一連の細長い接合面６を形成している。
【００５７】該熱電素子における上面の第２の電極５に
プラス、図示しない下面の第２の電極にマイナスの直流
電圧を印加すると、上面の第２の電極５からＮ型半導体
薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第１の電極４へと電流が流
れ、第１の電極４は下面のＰ型半導体薄膜２´に密接し
ているので、そこから下面のＮ型半導体薄膜３、第２の
電極へと通電される。
プラス、図示しない下面の第２の電極にマイナスの直流
電圧を印加すると、上面の第２の電極５からＮ型半導体
薄膜３、Ｐ型半導体薄膜２、第１の電極４へと電流が流
れ、第１の電極４は下面のＰ型半導体薄膜２´に密接し
ているので、そこから下面のＮ型半導体薄膜３、第２の
電極へと通電される。
【００５８】このとき、上面のＰ型半導体薄膜２とＮ型
半導体薄膜３との接合面６a、及び下面の第２の電極５
とＮ型半導体薄膜３との接合面、及び下面のＰ型半導体
薄膜２と第１の電極４との接合面６bは、それぞれＰ型
半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になる
ので、その部分で吸熱が起こる。
半導体薄膜３との接合面６a、及び下面の第２の電極５
とＮ型半導体薄膜３との接合面、及び下面のＰ型半導体
薄膜２と第１の電極４との接合面６bは、それぞれＰ型
半導体薄膜２の陽極側(Ｎ型半導体薄膜の陰極側)になる
ので、その部分で吸熱が起こる。
【００５９】また、上面の第１の電極４とＰ型半導体薄
膜２との接合面７a、及び上面のＮ型半導体薄膜３と第
２の電極５との接合面７b、及び下面のＰ型半導体薄膜
２とＮ型半導体薄膜３との接合面は、それぞれＰ型半導
体薄膜２の陰極側、及びＮ型半導体薄膜３の陽極側にな
るので、その部分で加熱が起こる。上面の辺縁部分を除
く全面は吸熱部６aとなり、下面の辺縁部分を除く全面
は加熱部７aとなる。
膜２との接合面７a、及び上面のＮ型半導体薄膜３と第
２の電極５との接合面７b、及び下面のＰ型半導体薄膜
２とＮ型半導体薄膜３との接合面は、それぞれＰ型半導
体薄膜２の陰極側、及びＮ型半導体薄膜３の陽極側にな
るので、その部分で加熱が起こる。上面の辺縁部分を除
く全面は吸熱部６aとなり、下面の辺縁部分を除く全面
は加熱部７aとなる。
【００６０】本実施形態の熱電素子は、第２実施形態と
同様に、上面全体は吸熱作用を有するものとなり、上面
全体は加熱作用を有するものとなる。尚、ここでは半導
体薄膜２,３の形状を櫛形としたが、接合面６が基板１
全面に形成されればよく、その形状は櫛形に限定される
ものではない。
同様に、上面全体は吸熱作用を有するものとなり、上面
全体は加熱作用を有するものとなる。尚、ここでは半導
体薄膜２,３の形状を櫛形としたが、接合面６が基板１
全面に形成されればよく、その形状は櫛形に限定される
ものではない。
【００６１】次に、本発明に係る熱電素子を用いた熱電
素子モジュールの実施形態について説明する。図８は該
熱電素子モジュールの縦断面図である。本実施形態の熱
電素子モジュールは、第６実施形態の熱電素子(以下、ユ
ニットという。)１０を、ユニット絶縁体１１を介して４
段に重ねたものである。それぞれのユニット１０では、
下面の第１の電極４´とそのすぐ下段に隣接するユニッ
ト１０の上面の第１の電極と４とで、ユニット間接続導
電体１２により電気的に直列接続されている。
素子モジュールの実施形態について説明する。図８は該
熱電素子モジュールの縦断面図である。本実施形態の熱
電素子モジュールは、第６実施形態の熱電素子(以下、ユ
ニットという。)１０を、ユニット絶縁体１１を介して４
段に重ねたものである。それぞれのユニット１０では、
下面の第１の電極４´とそのすぐ下段に隣接するユニッ
ト１０の上面の第１の電極と４とで、ユニット間接続導
電体１２により電気的に直列接続されている。
【００６２】最上段に位置するユニット１０の上面の第
１の電極４には、ユニットマイナス側電極１３が取り付
けられており、最下段に位置するユニット１０の下面の
第１の電極４´には、ユニットプラス側電極１４が取り
付けられている。また、ユニット１０全体は上下方向か
ら絶縁板１５,１６で挟みこまれている。
１の電極４には、ユニットマイナス側電極１３が取り付
けられており、最下段に位置するユニット１０の下面の
第１の電極４´には、ユニットプラス側電極１４が取り
付けられている。また、ユニット１０全体は上下方向か
ら絶縁板１５,１６で挟みこまれている。
【００６３】該熱電素子モジュールのユニットマイナス
側電極１３とユニットプラス側電極１４とに直流電圧を
印加すると、各ユニット１０は第６実施形態と同様に、
上面のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面
は吸熱し、下面のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３
との接合面は加熱することから、下面全体は吸熱作用を
有するものとなり、上面全体は加熱作用を有するものと
なる。故に、上方の絶縁板１５は熱電素子モジュールの
吸熱部となり、下方の絶縁板１６が加熱部となる。
側電極１３とユニットプラス側電極１４とに直流電圧を
印加すると、各ユニット１０は第６実施形態と同様に、
上面のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３との接合面
は吸熱し、下面のＰ型半導体薄膜２とＮ型半導体薄膜３
との接合面は加熱することから、下面全体は吸熱作用を
有するものとなり、上面全体は加熱作用を有するものと
なる。故に、上方の絶縁板１５は熱電素子モジュールの
吸熱部となり、下方の絶縁板１６が加熱部となる。
【００６４】このとき、各ユニット１０の吸熱する下面
と、ユニット絶縁体１１を挟んで隣接するユニット１０
の加熱する上面とでは、ユニット絶縁体１１の熱伝導に
よってその温度差が小さくなっており、熱電素子モジュ
ール全体では、上方の絶縁板１５から下方の絶縁板１６
の間で緩やかな温度勾配が生じている。
と、ユニット絶縁体１１を挟んで隣接するユニット１０
の加熱する上面とでは、ユニット絶縁体１１の熱伝導に
よってその温度差が小さくなっており、熱電素子モジュ
ール全体では、上方の絶縁板１５から下方の絶縁板１６
の間で緩やかな温度勾配が生じている。
【００６５】本実施形態の熱電素子モジュールでは、吸
熱する絶縁板１５では面積の広い冷却の対象物を冷却す
ることができる。また、ここではユニットプラス側電極
１４からユニットマイナス側電極１３の方向へ通電した
が、これを逆にして上方の絶縁板１５を加熱させ、下方
の絶縁板１６を吸熱させることもできる。さらに、上方
の絶縁板１５と下方の絶縁板１６との間に温度差を設け
ることで、発電することも可能である。
熱する絶縁板１５では面積の広い冷却の対象物を冷却す
ることができる。また、ここではユニットプラス側電極
１４からユニットマイナス側電極１３の方向へ通電した
が、これを逆にして上方の絶縁板１５を加熱させ、下方
の絶縁板１６を吸熱させることもできる。さらに、上方
の絶縁板１５と下方の絶縁板１６との間に温度差を設け
ることで、発電することも可能である。
【００６６】ここには図示していないが、通常、絶縁板
１５,１６には熱交換器が取り付けられている。これ
は、絶縁板１５,１６が熱交換器によって外気などと熱
交換することで、絶縁板１５と絶縁板１６との温度差を
低減させるためである。吸熱側絶縁板１５と加熱側絶縁
板１６との温度差が減少すれば、熱電素子モジュールの
熱電変換効率が向上するので、一方の絶縁板を一定温度
に保持するのに必要な電力量を抑制することができる。
１５,１６には熱交換器が取り付けられている。これ
は、絶縁板１５,１６が熱交換器によって外気などと熱
交換することで、絶縁板１５と絶縁板１６との温度差を
低減させるためである。吸熱側絶縁板１５と加熱側絶縁
板１６との温度差が減少すれば、熱電素子モジュールの
熱電変換効率が向上するので、一方の絶縁板を一定温度
に保持するのに必要な電力量を抑制することができる。
【００６７】尚、本実施形態では、ユニット１０に第６
実施形態の熱電素子を用いたが、この他にも第７実施形
態の熱電素子を積層したり、第３又は第４実施形態の熱
電素子を絶縁板１５,１６として用いることが可能であ
る。
実施形態の熱電素子を用いたが、この他にも第７実施形
態の熱電素子を積層したり、第３又は第４実施形態の熱
電素子を絶縁板１５,１６として用いることが可能であ
る。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の熱電素
子は、基板の片面が吸熱作用或いは加熱作用のいずれか
一方を有するものとなるので、薄膜型の熱電材料を用い
ていながら、広い面積を有する対象物を効率よく加熱或
いは冷却することができ、適用範囲が広い。
子は、基板の片面が吸熱作用或いは加熱作用のいずれか
一方を有するものとなるので、薄膜型の熱電材料を用い
ていながら、広い面積を有する対象物を効率よく加熱或
いは冷却することができ、適用範囲が広い。
【００６９】請求項２の熱電素子は、基板の片面が吸熱
作用或いは加熱作用のいずれか一方を有するものとな
る。このとき、薄膜不存在部の形成位置や面積によっ
て、その吸熱能力或いは加熱能力を対象物の形状や必要
能力に応じて調節することができ、効率のよいものとな
る。
作用或いは加熱作用のいずれか一方を有するものとな
る。このとき、薄膜不存在部の形成位置や面積によっ
て、その吸熱能力或いは加熱能力を対象物の形状や必要
能力に応じて調節することができ、効率のよいものとな
る。
【００７０】請求項３の熱電素子は、基板の片面が吸熱
作用或いは加熱作用のいずれか一方を有するものとなる
ので、薄膜型の熱電材料を用いていながら、広い面積を
有する対象物を効率よく加熱或いは冷却することがで
き、適用範囲が広い。また、予めＰ型半導体薄膜とＮ型
半導体薄膜とを汎用品的に作成しておき、対象物の形状
や必要能力に応じて導電膜を形成することにより、多品
種少量生産に向き、且つ効率のよいものとなる。
作用或いは加熱作用のいずれか一方を有するものとなる
ので、薄膜型の熱電材料を用いていながら、広い面積を
有する対象物を効率よく加熱或いは冷却することがで
き、適用範囲が広い。また、予めＰ型半導体薄膜とＮ型
半導体薄膜とを汎用品的に作成しておき、対象物の形状
や必要能力に応じて導電膜を形成することにより、多品
種少量生産に向き、且つ効率のよいものとなる。
【００７１】請求項４の熱電素子は、基板の一方の面が
吸熱作用を有し、他方の面が加熱作用を有するものとな
る。故に、吸熱部と加熱部とは基板を挟んだ最も遠い位
置に形成されることとなり、高温領域と低温領域との熱
伝導を抑制でき、熱損失が少なくて高い熱電変換効率と
なる。
吸熱作用を有し、他方の面が加熱作用を有するものとな
る。故に、吸熱部と加熱部とは基板を挟んだ最も遠い位
置に形成されることとなり、高温領域と低温領域との熱
伝導を抑制でき、熱損失が少なくて高い熱電変換効率と
なる。
【００７２】請求項５の熱電素子モジュールは、薄膜型
の熱電材料を用いた構成でありながら、大きな温度差を
効率よく発生するために通常的に用いられるカスケード
型熱電素子モジュールの形態を達成したものである。
の熱電材料を用いた構成でありながら、大きな温度差を
効率よく発生するために通常的に用いられるカスケード
型熱電素子モジュールの形態を達成したものである。
【図１】 (イ)は第１実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＡ−Ａ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＡ−Ａ´線での断面図である。
【図２】 (イ)は第２実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＢ−Ｂ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＢ−Ｂ´線での断面図である。
【図３】 第３実施形態の熱電素子の上面図である。
【図４】 (イ)は第４実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＣ−Ｃ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＣ−Ｃ´線での断面図である。
【図５】 (イ)は第５実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＤ−Ｄ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＤ−Ｄ´線での断面図である。
【図６】 (イ)は第６実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＥ−Ｅ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＥ−Ｅ´線での断面図である。
【図７】 (イ)は第７実施形態の熱電素子の上面図であ
り、(ロ)は(イ)におけるＦ−Ｆ´線での断面図であり、
(ハ)は(イ)におけるＧ−Ｇ´線での断面図である。
り、(ロ)は(イ)におけるＦ−Ｆ´線での断面図であり、
(ハ)は(イ)におけるＧ−Ｇ´線での断面図である。
【図８】 本発明に係る熱電素子モジュールの縦断面図
である。
である。
【図９】 従来技術の薄膜型熱電素子モジュールの上面
図である。
図である。
１ 基板
２ Ｐ型半導体薄膜
３ Ｎ型半導体薄膜
４ 第１の電極
５ 第２の電極
６,７ 接合面
８ 導電膜
９ 貫通孔
１０ ユニット
１１ ユニット絶縁体
１２ ユニット接続導電体
１３ ユニットマイナス側電極
１４ ユニットプラス側電極
１５,１６ 絶縁板
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 35/32
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に第１の電極と、第２の電極と、
熱電材料から成るＰ型半導体薄膜と、熱電材料から成る
Ｎ型半導体薄膜とが形成され、前記Ｐ型半導体薄膜は前
記第１の電極に接続されており、前記Ｎ型半導体薄膜は
前記第２の電極に接続されている熱電素子において、 前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導体薄膜とが重なって
接合しており、その接合面が前記基板の略全面に存する
ことを特徴とする熱電素子。 - 【請求項２】 前記Ｐ型半導体薄膜及び前記Ｎ型半導体
薄膜の少なくともいずれか一方の所望の位置に薄膜不存
在部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の熱電素子。 - 【請求項３】 基板上に第１の電極と、第２の電極と、
熱電材料から成るＰ型半導体薄膜と、熱電材料から成る
Ｎ型半導体薄膜とが形成され、前記Ｐ型半導体薄膜は前
記第１の電極に接続されており、前記Ｎ型半導体薄膜は
前記第２の電極に接続されている熱電素子において、 前記Ｐ型半導体薄膜と前記Ｎ型半導体薄膜とは離間して
おり、所望の位置で導電膜により接続されていることを
特徴とする熱電素子。 - 【請求項４】 貫通孔が設けられた基板の両面に、前記
貫通孔を塞ぐ第１の電極と、第２の電極と、熱電材料か
ら成る第１の半導体薄膜と、熱電材料から成る第２の半
導体薄膜とが形成され、前記第１の半導体薄膜は前記第
１の電極に接続され、前記第２の半導体薄膜は前記第２
の電極に接続され、前記第１の半導体薄膜と前記第２の
半導体薄膜とは重なって接合し、その接合面が前記基板
の略全面に存し、前記第１及び第２の半導体薄膜のいず
れか一方がＰ型半導体であり、他方がＮ型半導体である
ことを特徴とする熱電素子。 - 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
熱電素子を複数個重ね、隣接する熱電素子の第１の電極
と第２の電極とを相互に接続していることを特徴とする
熱電素子モジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11155797A JP3447915B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 熱電素子及びそれを用いた熱電素子モジュール |
| US09/063,357 US6043423A (en) | 1997-04-28 | 1998-04-21 | Thermoelectric device and thermoelectric module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11155797A JP3447915B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 熱電素子及びそれを用いた熱電素子モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303471A JPH10303471A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3447915B2 true JP3447915B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=14564416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11155797A Expired - Fee Related JP3447915B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 熱電素子及びそれを用いた熱電素子モジュール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6043423A (ja) |
| JP (1) | JP3447915B2 (ja) |
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| US10290794B2 (en) | 2016-12-05 | 2019-05-14 | Sridhar Kasichainula | Pin coupling based thermoelectric device |
| US10367131B2 (en) | 2013-12-06 | 2019-07-30 | Sridhar Kasichainula | Extended area of sputter deposited n-type and p-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device |
| US10553773B2 (en) | 2013-12-06 | 2020-02-04 | Sridhar Kasichainula | Flexible encapsulation of a flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of N-type and P-type thermoelectric legs |
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