JP4872092B2 - 微細熱電素子の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)基板の上に、結晶方位の揃った熱電材料の微細な構造体からなる構造単位0.01−10mmの微細熱電素子を作製する方法であって、基板の加工溝に熱電材料の原料を必要量装填し、該基板に蓋をし、基板と蓋を密閉容器にて密閉状態になるように封入し、基板の加工溝の溝底方向に垂直に遠心力を加えながら、熱電材料の融点以上から沸点未満の温度で加熱して溶融させ、基板の加工溝に溶融材料を密着させ、冷却することで結晶方位の揃った熱電材料を得ることを特徴とする微細熱電素子の製造方法。
(2)熱電材料の原料組成が、A2B3型金属間化合物において、AサイトがBi及びSb、BサイトがTe及び/又はSeを主成分として含有する、前記(1)に記載の微細熱電素子の製造方法。
(3)遠心加速度(Y)と加工溝の溝幅(X)の関係式Y=316.2X−0.5より100G以上で10000G以下の遠心加速度を加える、前記(1)に記載の微細熱電素子の製造方法。
(4)加熱温度を高融点の半導体に合わせ、p型半導体及びn型半導体を同時に作製する、前記(1)に記載の微細熱電素子の製造方法。
本発明は、基板の上に、結晶方位の揃った熱電材料の微細な構造体からなる構造単位0.01−10mmの微細熱電素子を作製する方法であって、基板の加工溝に熱電材料の原料を必要量装填し、該基板に蓋をし、基板と蓋を密閉容器にて密閉状態になるように封入し、基板の加工溝の溝底方向に垂直に遠心力を加えながら、熱電材料の融点以上から沸点未満の温度で加熱して溶融させ、基板の加工溝に溶融材料を密着させ、冷却することで結晶方位の揃った微細熱電材料を得ることを特徴とするものである。
(1)本発明に拠れば、0.01−10mmの構造単位の精緻な加工溝への熱電材料の成形が可能となり、また、使用する蓋及び密閉容器は、容易に取り外すことが可能であり、後加工を必要としない簡便な微細構造体の製造技術を提供することができる。
(2)熱電材料の組成のずれを起こすことがなく、非常に熱電特性の優れた結晶方位の揃った微細熱電材料を製造し、提供することができる。
(3)数100Gの遠心加速度で結晶方位の揃った微細熱電材料を作製することができるため、装置の構造も単純化することができる。
p型熱電材料としてBi2−xSbxTe3(0.01≦x≦1.5)組成、n型熱電材料としてBi2−ySbyTe3−zSez(0.01≦y≦0.2,0.01≦z≦0.5)組成となるように、純度99.99%以上のBi、Te、Sb、Se金属粉末を秤量・混合し、原料粉末を調製した。
得られた厚膜素子の熱電特性を評価した。評価には、市販の熱電特性測定装置(真空理工製ZEM装置)を用い、厚膜の厚さ方向と垂直方向に電気伝導度及びゼーベック係数を測定した。その結果を表2に示す。
遠心加速度が0Gの場合、溶融物と基板との濡れ性が悪く、凝固体(半導体)は塊となり、膜が得られなかった。また、凝固体は、基板から容易に剥がれ落ちた。
p型熱電材料としてBi0.5Sb1.5Te3粉末を用いた場合、加熱温度が585℃、600℃の時、原料粉末は一部溶融するものの、全体が溶融することはなく、膜表面は粗い状態であった。加熱温度を615℃とした場合、原料粉末は全て溶融し、良質な膜として形成された。
基板にアルミナ又はジルコニアを用いた場合、熱電材料と基板が反応することなく、基板上に良質な膜の熱電材料が形成された。
p型及びn型半導体において、少なくとも0.01at.%以上のSbを添加することにより、結晶方位の揃った厚膜を基板内の加工溝に成膜することができた。図6に、本発明の方法により得られたp型半導体の(015)極点図を示す。
加熱の際、揮発しやすいTe又はSeは、蓋と密閉容器による密閉効果により揮発が抑制されることが分かった。蓋と密閉容器無しで加熱した場合、得られた膜の重量は、加熱前の原料粉末重量に比べ数10wt%減少していた。この減量は、Te又はSeの揮発によるものであった。
2 基板
3 p型熱電材料
4 n型熱電材料
5 蓋
Claims (4)
- 基板の上に、結晶方位の揃った熱電材料の微細な構造体からなる構造単位0.01−10mmの微細熱電素子を作製する方法であって、基板の加工溝に熱電材料の原料を必要量装填し、該基板に蓋をし、基板と蓋を密閉容器にて密閉状態になるように封入し、基板の加工溝の溝底方向に垂直に遠心力を加えながら、熱電材料の融点以上から沸点未満の温度で加熱して溶融させ、基板の加工溝に溶融材料を密着させ、冷却することで結晶方位の揃った熱電材料を得ることを特徴とする微細熱電素子の製造方法。
- 熱電材料の原料組成が、A2B3型金属間化合物において、AサイトがBi及びSb、BサイトがTe及び/又はSeを主成分として含有する、請求項1に記載の微細熱電素子の製造方法。
- 遠心加速度(Y)と加工溝の溝幅(X)の関係式Y=316.2X−0.5より100G以上で10000G以下の遠心加速度を加える、請求項1に記載の微細熱電素子の製造方法。
- 加熱温度を高融点の半導体に合わせ、p型半導体及びn型半導体を同時に作製する、請求項1に記載の微細熱電素子の製造方法。
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