JP3527720B2 - 電子ヒーター - Google Patents
電子ヒーターInfo
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
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- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
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Landscapes
- Central Heating Systems (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、電子ヒー
ターに関するものである。さらに詳しくは、この出願の
発明は、ホットエレクトロンの利用により短い加熱時間
および優れた熱効率を実現することのできる、従来にな
い全く新しい電子ヒーターに関するものである。
ターに関するものである。さらに詳しくは、この出願の
発明は、ホットエレクトロンの利用により短い加熱時間
および優れた熱効率を実現することのできる、従来にな
い全く新しい電子ヒーターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、オーム性あるいは
拡散による電子の移動により、格子温度と同一の電子温
度を有する電子の温度エネルギーを熱エネルギーとして
格子に伝達するようにした電気ヒーターがある。
拡散による電子の移動により、格子温度と同一の電子温
度を有する電子の温度エネルギーを熱エネルギーとして
格子に伝達するようにした電気ヒーターがある。
【０００３】しかしながら、この従来の電気ヒーター
は、加熱時間が長いといった実用上の問題点があった。
は、加熱時間が長いといった実用上の問題点があった。
【０００４】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の事情に鑑みてなされたものであり、従来の電気ヒータ
ーにとってかわり得る、加熱時間が短く、高効率な、従
来にない全く新しい電子ヒーターを提供することを課題
としている。
の事情に鑑みてなされたものであり、従来の電気ヒータ
ーにとってかわり得る、加熱時間が短く、高効率な、従
来にない全く新しい電子ヒーターを提供することを課題
としている。
【０００５】
【課題を解決する手段】この出願の発明は、上記の課題
を解決するものとして、ホットエレクトロンが伝導帯の
低エネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギーが熱源
とされていることを特徴とする電子ヒーター（請求項
１）を提供する。
を解決するものとして、ホットエレクトロンが伝導帯の
低エネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギーが熱源
とされていることを特徴とする電子ヒーター（請求項
１）を提供する。
【０００６】また、この出願の発明は、上記の電子ヒー
ターにおいて、逆方向電圧および順方向電圧の印可切替
えによって高温および低温の切替えが可能とされている
こと（請求項２）をその態様として提供する。
ターにおいて、逆方向電圧および順方向電圧の印可切替
えによって高温および低温の切替えが可能とされている
こと（請求項２）をその態様として提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】この出願の発明の電子ヒーター
は、ホットエレクトロン（熱い電子とも呼ぶ）を利用す
ることを大きな特徴としており、ホットエレクトロンが
伝導帯の低エネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギ
ーを熱源として用いるようにしたものである。
は、ホットエレクトロン（熱い電子とも呼ぶ）を利用す
ることを大きな特徴としており、ホットエレクトロンが
伝導帯の低エネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギ
ーを熱源として用いるようにしたものである。
【０００８】より具体的には、適当な障壁を一つ以上有
する接合構造（たとえばホモ接合やヘテロ接合、量子井
戸構造、超格子構造）を備え、適当な電場の印可（たと
えば電流一定あるいは電力一定で制御した電圧印可によ
り行われる）によって電子がトンネル効果で障壁を通過
してホットエレクトロンとなるようにし、格子温度より
も高い電子温度を有するこのホットエレクトロンが障壁
通過後の不安定状態から安定状態、つまり伝導帯の低エ
ネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギーをヒーター
の熱源として利用する。
する接合構造（たとえばホモ接合やヘテロ接合、量子井
戸構造、超格子構造）を備え、適当な電場の印可（たと
えば電流一定あるいは電力一定で制御した電圧印可によ
り行われる）によって電子がトンネル効果で障壁を通過
してホットエレクトロンとなるようにし、格子温度より
も高い電子温度を有するこのホットエレクトロンが障壁
通過後の不安定状態から安定状態、つまり伝導帯の低エ
ネルギーへ遷移する際に発する熱エネルギーをヒーター
の熱源として利用する。
【０００９】この熱エネルギーは、格子温度と電子温度
との差に値するホットエレクトロンの運動エネルギーが
変換されたものである。ホットエレクトロンが格子温度
に近づこうとする速度は極めて大きいので、速やかに両
温度の差のエネルギーが熱エネルギーに変換される。す
なわち、熱エネルギーの発生が速いのである。また、熱
エネルギーと通常のジュール熱とが合算して取り出され
るため、電力量が同じであってもジュール熱のみのヒー
ターよりも発熱が大きく、高温となる。
との差に値するホットエレクトロンの運動エネルギーが
変換されたものである。ホットエレクトロンが格子温度
に近づこうとする速度は極めて大きいので、速やかに両
温度の差のエネルギーが熱エネルギーに変換される。す
なわち、熱エネルギーの発生が速いのである。また、熱
エネルギーと通常のジュール熱とが合算して取り出され
るため、電力量が同じであってもジュール熱のみのヒー
ターよりも発熱が大きく、高温となる。
【００１０】したがって、この出願の発明によれば、加
熱時間が短く、熱効率の優れたヒーターを実現できるの
である。
熱時間が短く、熱効率の優れたヒーターを実現できるの
である。
【００１１】図１および図２は、各々、金属−酸化膜−
Ｎ型半導体の接合構造およびＰＮ接合構造におけるホッ
トエレクトロンおよび熱エネルギーの発生を例示した概
念図である。所定電圧以上の印可により、電子は、酸化
膜やＰＮ接合の遷移領域をトンネル効果で通過して、Ｎ
型半導体の伝導帯よりもたとえば１ｅＶ以上大きい電子
エネルギー、つまり電子温度を持つホットエレクトロン
となり、速やかにＮ型伝導帯の低エネルギーへ熱エネル
ギーを放出しながら遷移する。
Ｎ型半導体の接合構造およびＰＮ接合構造におけるホッ
トエレクトロンおよび熱エネルギーの発生を例示した概
念図である。所定電圧以上の印可により、電子は、酸化
膜やＰＮ接合の遷移領域をトンネル効果で通過して、Ｎ
型半導体の伝導帯よりもたとえば１ｅＶ以上大きい電子
エネルギー、つまり電子温度を持つホットエレクトロン
となり、速やかにＮ型伝導帯の低エネルギーへ熱エネル
ギーを放出しながら遷移する。
【００１２】なお、ホットエレクトロンのより詳細な説
明については、物理学辞典（培風館）の「熱い電子」
「電子温度」や、半導体大辞典（工業調査会）の「ホッ
トエレクトロン」を参照されたい。
明については、物理学辞典（培風館）の「熱い電子」
「電子温度」や、半導体大辞典（工業調査会）の「ホッ
トエレクトロン」を参照されたい。
【００１３】この出願の発明は、以上のとおりの特徴を
有するものであるが、以下に、添付した図面に沿って実
施例を示し、さらに詳しくその実施の態様について説明
する。
有するものであるが、以下に、添付した図面に沿って実
施例を示し、さらに詳しくその実施の態様について説明
する。
【００１４】
【実施例】［実施例１］図３は、この出願の発明の電子
ヒーターの一実施例を示したものである。この図３に示
した例では、交流電源（２）からの電流あるいは電力を
一定値に制御する機能を有するコンバータ（３）を介し
て、電子ヒーター（１）への電圧印可、より具体的には
適当な障壁を一以上（たとえば一つまたは二つ）有する
接合構造への電圧印可が行われるようになっている。
ヒーターの一実施例を示したものである。この図３に示
した例では、交流電源（２）からの電流あるいは電力を
一定値に制御する機能を有するコンバータ（３）を介し
て、電子ヒーター（１）への電圧印可、より具体的には
適当な障壁を一以上（たとえば一つまたは二つ）有する
接合構造への電圧印可が行われるようになっている。
【００１５】［実施例２］図４は、この出願の発明の電
子ヒーターの別の一実施例を示したものである。この図
４に示した例は、電子ヒーター（１）の高温と低温の切
替えが可能とされている場合のものであり、その切替え
手段としてスイッチ（４）が備えられている。スイッチ
（４）によって、電流の方向を逆転させることで印可電
圧の逆方向および順方向が切り替えられ、高温および低
温の切替えが可能とされている。
子ヒーターの別の一実施例を示したものである。この図
４に示した例は、電子ヒーター（１）の高温と低温の切
替えが可能とされている場合のものであり、その切替え
手段としてスイッチ（４）が備えられている。スイッチ
（４）によって、電流の方向を逆転させることで印可電
圧の逆方向および順方向が切り替えられ、高温および低
温の切替えが可能とされている。
【００１６】なお、図３および図４の実施例は、電子ヒ
ーター（１）とは別体としての交流電源（２）、コンバ
ータ（３）、スイッチ（４）が用いられた場合のもので
あるが、もちろんこれらを一体として備えた電子ヒータ
ーとしても良いことは言うまでもない。
ーター（１）とは別体としての交流電源（２）、コンバ
ータ（３）、スイッチ（４）が用いられた場合のもので
あるが、もちろんこれらを一体として備えた電子ヒータ
ーとしても良いことは言うまでもない。
【００１７】この発明は以上の例に限定されるものでは
なく、細部については様々な態様が可能である。
なく、細部については様々な態様が可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、短時間で所望温度を得ることができ、優
れた熱効率を有する、従来にない全く新しい電子ヒータ
ーが提供される。
発明によって、短時間で所望温度を得ることができ、優
れた熱効率を有する、従来にない全く新しい電子ヒータ
ーが提供される。
【図１】金属−酸化膜−Ｎ型半導体の接合構造における
ホットエレクトロンおよび熱エネルギーの発生を例示し
た概念図である。
ホットエレクトロンおよび熱エネルギーの発生を例示し
た概念図である。
【図２】ＰＮ接合構造におけるホットエレクトロンおよ
び熱エネルギーの発生を例示した概念図である。
び熱エネルギーの発生を例示した概念図である。
【図３】この出願の発明の電子ヒーターの一実施例を示
した概略図である。
した概略図である。
【図４】この出願の発明の電子ヒーターの別の一実施例
を示した概略図である。
を示した概略図である。
１ 電子ヒーター
２ 交流電源
３ コンバータ
４ スイッチ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 上田 敦史
大阪府大阪市北区本庄東２丁目３番41号
株式会社きんでん内
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 35/00
H01L 37/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ホットエレクトロンが伝導帯の低エネル
ギーへ遷移する際に発する熱エネルギーが熱源とされて
いることを特徴とする電子ヒーター。 - 【請求項２】 逆方向電圧および順方向電圧の印可切替
えによって高温および低温の切替えが可能とされている
請求項１の電子ヒーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001223243A JP3527720B2 (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 電子ヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001223243A JP3527720B2 (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 電子ヒーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003037299A JP2003037299A (ja) | 2003-02-07 |
| JP3527720B2 true JP3527720B2 (ja) | 2004-05-17 |
Family
ID=19056608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001223243A Expired - Fee Related JP3527720B2 (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 電子ヒーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3527720B2 (ja) |
-
2001
- 2001-07-24 JP JP2001223243A patent/JP3527720B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003037299A (ja) | 2003-02-07 |
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