JP6024598B2 - Thermoelectric generator - Google Patents

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JP6024598B2 JP2013115586A JP2013115586A JP6024598B2 JP 6024598 B2 JP6024598 B2 JP 6024598B2 JP 2013115586 A JP2013115586 A JP 2013115586A JP 2013115586 A JP2013115586 A JP 2013115586A JP 6024598 B2 JP6024598 B2 JP 6024598B2
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Description

本発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電子発電素子に関する。   The present invention relates to a thermoelectric power generation element that converts thermal energy into electrical energy.

熱エネルギーを電気エネルギーに変換する発電素子として、熱電子放出を利用して起電力を発生する熱電子発電素子がある。例えば、特許文献1には、エミッタ部とコレクタ部とが所定の間隙を隔てて配置された熱電子発電素子の例が開示されている。この熱電子発電素子は、エミッタ部を加熱することにより、熱電子がエミッタ部から放出され、コレクタ部に収集されるよう構成されている。そして、エミッタ部とコレクタ部との間に負荷を接続した状態においては、コレクタ部に到達した熱電子が負荷を介してエミッタ部に移動することにより、負荷に電力を供給することができる。   As a power generation element that converts thermal energy into electrical energy, there is a thermoelectron power generation element that generates electromotive force by utilizing thermionic emission. For example, Patent Document 1 discloses an example of a thermionic power generation element in which an emitter part and a collector part are arranged with a predetermined gap therebetween. This thermoelectron power generation element is configured such that when the emitter section is heated, thermoelectrons are emitted from the emitter section and collected by the collector section. And in the state which connected the load between the emitter part and the collector part, electric power can be supplied to a load by the thermoelectron which reached | attained the collector part moving to an emitter part via a load.

また、特許文献1の熱電子発電素子は、エミッタ部とコレクタ部との間に絶縁体よりなる調整部材を配置することにより、両者の間隔を調整可能に構成されている。   Further, the thermoelectric power generation element of Patent Document 1 is configured such that an interval between the two can be adjusted by disposing an adjusting member made of an insulator between the emitter part and the collector part.

特開2008−228387号公報JP 2008-228387 A

しかしながら、特許文献1のように、エミッタとコレクタとの間に調整部材を配置する場合には、エミッタとコレクタとの間に生じる電位差が調整部材に印加されるため、調整部材の表面を介して電流のリークが生じるおそれがある。そのため、調整部材を使用する場合には、熱電子発電素子の発電効率が低下するという問題がある。   However, when the adjusting member is arranged between the emitter and the collector as in Patent Document 1, a potential difference generated between the emitter and the collector is applied to the adjusting member, and therefore, via the surface of the adjusting member. There is a risk of current leakage. Therefore, when using an adjustment member, there exists a problem that the electric power generation efficiency of a thermoelectric power generation element falls.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、発電効率が高い熱電子発電素子を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a thermionic power generation element having high power generation efficiency.

本発明の一態様は、高抵抗材料よりなるエミッタ基板と、
該エミッタ基板の表面に形成され、熱電子を発生させるエミッタと、
上記エミッタ基板に対向して配置された高抵抗材料よりなるコレクタ基板と、
該コレクタ基板の表面に形成され、上記熱電子を収集するコレクタとを有し、
上記エミッタ基板及び上記コレクタ基板の少なくとも一方は、他方に向けて突出したスペーサー部を有しており、
該スペーサー部の先端は、上記エミッタ基板及び上記コレクタ基板のうち、上記スペーサー部が突出している基板に対向した基板と当接していることを特徴とする熱電子発電素子にある。
One aspect of the present invention is an emitter substrate made of a high resistance material;
An emitter formed on the surface of the emitter substrate for generating thermionic electrons;
A collector substrate made of a high-resistance material disposed opposite to the emitter substrate;
A collector that is formed on the surface of the collector substrate and collects the thermal electrons;
At least one of the emitter substrate and the collector substrate has a spacer portion protruding toward the other,
The tip of the spacer portion is in the thermoelectron power generation element, which is in contact with the substrate facing the substrate from which the spacer portion protrudes, of the emitter substrate and the collector substrate .

上記熱電子発電素子は、高抵抗材料よりなるエミッタ基板及びコレクタ基板を有するとともに、エミッタ基板とコレクタ基板とがスペーサー部の先端において互いに当接するよう構成されている。そのため、エミッタとコレクタとの間に生じる電位差が、エミッタ基板とコレクタ基板との間に印加されなくなる。その結果、スペーサ部を介して流れるリーク電流を低減できる。   The thermoelectric power generation element has an emitter substrate and a collector substrate made of a high resistance material, and is configured such that the emitter substrate and the collector substrate are in contact with each other at the end of the spacer portion. Therefore, the potential difference generated between the emitter and the collector is not applied between the emitter substrate and the collector substrate. As a result, the leak current flowing through the spacer portion can be reduced.

以上により、上記熱電子発電素子は、発電効率が高いものとなる。   As described above, the thermoelectric power generation element has high power generation efficiency.

実施例1における、熱電子発電素子の上面図。FIG. 3 is a top view of the thermoelectric generator in Example 1. 実施例1における、表面にエミッタを形成したエミッタ基板の上面図。FIG. 3 is a top view of an emitter substrate in which an emitter is formed on the surface in Example 1. 図1のIII−III線矢視断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 実施例1の熱電子発電素子の作製工程における、全面にSiO膜を形成したウエハの説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a wafer in which a SiO 2 film is formed on the entire surface in the manufacturing process of the thermoelectric generator of Example 1. 実施例1の熱電子発電素子の作製工程における、スペーサー部を形成する領域をパターニングしたウエハの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a wafer in which a region for forming a spacer portion is patterned in the manufacturing process of the thermoelectric generator of Example 1. 実施例1の熱電子発電素子の作製工程における、スペーサー部を形成する領域以外のSiO膜を除去したウエハの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a wafer from which a SiO 2 film other than a region for forming a spacer portion has been removed in the manufacturing process of the thermoelectric generation element of Example 1. 実施例1の熱電子発電素子の作製工程における、ICPエッチングによりスペーサー部を形成したウエハの説明図。FIG. 3 is an explanatory view of a wafer in which a spacer portion is formed by ICP etching in the manufacturing process of the thermoelectric generator of Example 1. 実施例1熱電子発電素子の作製工程における、SiO膜をマスクとしてエミッタを選択的に形成したウエハの説明図。Example 1 An explanatory view of a wafer in which an emitter is selectively formed using a SiO 2 film as a mask in a production process of a thermoelectric power generation element. 実施例2における、補強凸部を有する熱電子発電素子の断面図(図3に相当する断面図)。Sectional drawing of the thermoelectric power generation element which has a reinforcement convex part in Example 2 (sectional drawing corresponded in FIG. 3). 実施例2における、熱電子発電素子が湾曲した状態を示す断面図(図3に相当する断面図)。Sectional drawing in Example 2 which shows the state in which the thermoelectric power generation element curved (sectional drawing equivalent to FIG. 3). 実施例2の熱電子発電素子の作製工程における、ICPエッチングによりスペーサー部を形成する領域以外を陥没させたウエハの説明図。FIG. 6 is an explanatory view of a wafer in which a region other than a region where a spacer portion is formed by ICP etching is depressed in a manufacturing process of a thermoelectric power generation element of Example 2. 実施例2の熱電子発電素子の作製工程における、スペーサー部及び補強凸部を形成する領域をパターニングしたウエハの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a wafer obtained by patterning a region where a spacer portion and a reinforcing convex portion are formed in the manufacturing process of the thermoelectric power generation element of Example 2. 実施例2の熱電子発電素子の作製工程における、スペーサー部及び補強凸部を形成する領域以外のSiO膜を除去したウエハの説明図。FIG. 5 is an explanatory view of a wafer from which a SiO 2 film other than a region where a spacer portion and a reinforcing convex portion are formed is removed in the manufacturing process of the thermoelectric generation element of Example 2. 実施例2の熱電子発電素子の作製工程における、ICPエッチングによりスペーサー部及び補強凸部を形成したウエハの説明図。FIG. 6 is an explanatory view of a wafer in which a spacer portion and a reinforcing convex portion are formed by ICP etching in the manufacturing process of the thermoelectric generator of Example 2. 実施例2の熱電子発電素子の作製工程における、SiO膜をマスクとしてエミッタを選択的に形成したウエハの説明図。FIG. 6 is an explanatory view of a wafer in which emitters are selectively formed using a SiO 2 film as a mask in the manufacturing process of the thermoelectric generator of Example 2. 実施例3における、ダイヤモンド半導体基板を用いて作製した熱電子発電素子の上面図。FIG. 4 is a top view of a thermoelectric power generation element manufactured using a diamond semiconductor substrate in Example 3. 実施例3における、表面にエミッタを形成したエミッタ基板の上面図。FIG. 6 is a top view of an emitter substrate having an emitter formed on the surface in Example 3. 図16のXVIII−XVIII線矢視断面図。XVIII-XVIII arrow directional cross-sectional view of FIG. 変形例1における、エミッタ基板及びコレクタ基板の背面に接続部を形成した熱電子発電素子の断面図(図3に相当する断面図)。Sectional drawing of the thermoelectron power generation element which formed the connection part in the back surface of the emitter substrate and the collector substrate in the modification 1 (sectional drawing corresponded in FIG. 3). 変形例2における、補強凸部とスペーサー部とを除く領域にエミッタ及びコレクタを形成した熱電子発電素子の断面図(図3に相当する断面図)。Sectional drawing of the thermoelectric power generation element which formed the emitter and the collector in the area | region except the reinforcement convex part and a spacer part in the modification 2 (sectional drawing corresponded in FIG. 3). 変形例2における、補強凸部に対面する部分にエミッタ及びコレクタを有しない熱電子発電素子の断面図(図3に相当する断面図)。Sectional drawing of the thermoelectron power generation element which does not have an emitter and a collector in the part which faces a reinforcement convex part in the modification 2 (sectional drawing corresponded in FIG. 3).

上記熱電子発電素子において、エミッタ基板及びコレクタ基板を構成する高抵抗材料とは、エミッタとコレクタとの間に生じ得る電位差の範囲において絶縁体として振舞う材質をいい、酸化物や窒化物等のセラミックスや半導体を含む概念である。半導体としては、例えば、ダイヤモンド、Si、GaN、SiC、BN、GaAs、InP等を用いることができる。また、エミッタ基板とコレクタ基板とは、同一の材質を用いてもよく、互いに異なる材質を用いてもよい。   In the above-mentioned thermionic power generation element, the high resistance material constituting the emitter substrate and the collector substrate refers to a material that behaves as an insulator in the range of potential difference that can occur between the emitter and the collector, such as ceramics such as oxides and nitrides. It is a concept that includes semiconductors. As the semiconductor, for example, diamond, Si, GaN, SiC, BN, GaAs, InP, or the like can be used. Further, the emitter substrate and the collector substrate may be made of the same material or different materials.

また、上記エミッタ基板及び上記コレクタ基板のうち少なくとも一方は他方に向けて突出した補強凸部を有しており、上記エミッタ、上記コレクタ、上記エミッタ基板及び上記コレクタ基板のうち上記補強凸部の先端に対面する部材と上記補強凸部の先端との間に間隙が形成されており、かつ、上記エミッタ基板または上記コレクタ基板が湾曲した状態において、上記補強凸部の先端と、これに対面する部材とが当接可能に構成されていてもよい。   Further, at least one of the emitter substrate and the collector substrate has a reinforcing convex portion protruding toward the other, and the tip of the reinforcing convex portion among the emitter, the collector, the emitter substrate, and the collector substrate. A gap is formed between the member facing the surface and the tip of the reinforcing convex portion, and the tip of the reinforcing convex portion and the member facing the surface in a state where the emitter substrate or the collector substrate is curved And may be configured to be able to contact each other.

すなわち、上記補強凸部は、エミッタ基板またはコレクタ基板のいずれか一方、あるいは双方に立設されており、エミッタ基板及びコレクタ基板が湾曲していない状態において、補強凸部の先端と、これに対面する部材とが当接しないように構成されていてもよい。この場合には、補強凸部の表面を介してリーク電流が流れるおそれがなくなる。また、エミッタの熱が補強凸部を通じてコレクタに熱伝導されることもない。そのため、熱電子発電素子は、発電効率のより高いものとなりやすい。   That is, the reinforcing convex portion is erected on either or both of the emitter substrate and the collector substrate, and in a state where the emitter substrate and the collector substrate are not curved, the reinforcing convex portion is opposed to the tip. You may be comprised so that the member to do may not contact | abut. In this case, there is no possibility of leakage current flowing through the surface of the reinforcing projection. Further, the heat of the emitter is not conducted to the collector through the reinforcing projection. Therefore, the thermoelectric power generation element tends to have higher power generation efficiency.

また、上記補強凸部は、エミッタ基板またはコレクタ基板の少なくとも一方が、両者の間の温度差や熱膨張係数の差、あるいは外力等に起因して湾曲する場合に、補強凸部の先端と、これに対面する部材とが当接するように構成されていてもよい。このように構成された補強凸部は、エミッタ基板等が湾曲する際に、エミッタとコレクタとが当接することを防止する機能を有するものとなる。そのため、補強凸部を有する熱電子発電素子は、エミッタとコレクタとが短絡しにくく、より信頼性の高いものとなりやすい。   Further, when the reinforcing convex portion is bent due to at least one of the emitter substrate or the collector substrate due to a temperature difference or a difference in thermal expansion coefficient between them, an external force, or the like, You may be comprised so that the member which faces this may contact | abut. The reinforcing convex portion configured in this manner has a function of preventing the emitter and collector from coming into contact when the emitter substrate or the like is curved. Therefore, the thermoelectric power generation element having the reinforcing convex portion is less likely to short-circuit the emitter and the collector, and tends to be more reliable.

以上のように、上記補強凸部を有することにより、熱電子発電素子は、発電効率及び信頼性の双方の特性をより向上させることができる。   As described above, the thermoelectric power generation element can further improve the characteristics of both power generation efficiency and reliability by having the reinforcing protrusion.

(実施例1)
上記熱電子発電素子の実施例について、図1〜図8を用いて説明する。図3に示すように、熱電子発電素子1は、エミッタ基板2と、エミッタ基板2の表面21に形成され、熱電子を発生させるエミッタ3と、エミッタ基板2に対向して配置されたコレクタ基板4と、コレクタ基板4の表面41に形成され、熱電子を収集するコレクタ5とを有している。エミッタ基板2及びコレクタ基板4は、高抵抗材料である真性シリコン半導体より構成されている。
Example 1
Examples of the thermoelectric generator will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, a thermionic power generation element 1 includes an emitter substrate 2, an emitter 3 that is formed on a surface 21 of the emitter substrate 2, and generates thermoelectrons, and a collector substrate that is disposed to face the emitter substrate 2. 4 and a collector 5 which is formed on the surface 41 of the collector substrate 4 and collects thermoelectrons. The emitter substrate 2 and the collector substrate 4 are made of an intrinsic silicon semiconductor which is a high resistance material.

図2及び図3に示すように、エミッタ基板2は、コレクタ基板4に向けて突出した複数のスペーサー部22(22a、22b)を有している。同様に、コレクタ基板4は、図3に示すように、エミッタ基板2に向けて突出した複数のスペーサー部42(42a、42b)を有している。そして、エミッタ基板2とコレクタ基板4とは、スペーサー部22、42の先端において互いに当接している。   As shown in FIGS. 2 and 3, the emitter substrate 2 has a plurality of spacer portions 22 (22 a, 22 b) that protrude toward the collector substrate 4. Similarly, the collector substrate 4 has a plurality of spacer portions 42 (42a, 42b) protruding toward the emitter substrate 2 as shown in FIG. The emitter substrate 2 and the collector substrate 4 are in contact with each other at the tips of the spacer portions 22 and 42.

以下、熱電子発電素子1について、詳細に説明する。図1に示すように、熱電子発電素子1は、エミッタ基板2とコレクタ基板4とが重なり合う方向から見て長方形状を呈している。なお、以下において、エミッタ基板2とコレクタ基板4とが向かい合う方向を「重なり方向Z」という。また、便宜上、熱電子発電素子1を重なり方向Zから見た時に、短辺同士が向かい合う方向を「縦方向X」といい、長辺同士が向かい合う方向を「横方向Y」という。   Hereinafter, the thermoelectric generator 1 will be described in detail. As shown in FIG. 1, the thermoelectric generator 1 has a rectangular shape when viewed from the direction in which the emitter substrate 2 and the collector substrate 4 overlap. In the following, the direction in which the emitter substrate 2 and the collector substrate 4 face each other is referred to as an “overlapping direction Z”. For convenience, when the thermoelectric generator 1 is viewed from the overlapping direction Z, the direction in which the short sides face each other is called “vertical direction X”, and the direction in which the long sides face each other is called “lateral direction Y”.

図1に示すように、熱電子発電素子1は、縦方向Xにおける一方の辺部11に、エミッタ3及びコレクタ5を負荷に接続する一対の接続部12(12e、12c)を有している。エミッタ3と電気的に接続されている接続部12eは、辺部11の一端111から縦方向Xの外方に向けて突出しており、重なり方向Zから見て略長方形状を呈している。接続部12eは、縦方向Xに延出したエミッタ基板2とエミッタ3とから構成されている。


同様に、コレクタ5と電気的に接続されている接続部12cは、辺部11の他端112から縦方向Xの外方に向けて突出しており、重なり方向Zから見て略長方形状を呈している。接続部12cは、縦方向Xに延出したコレクタ基板4とコレクタ5とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the thermoelectric generator 1 has a pair of connecting portions 12 (12e, 12c) that connect the emitter 3 and the collector 5 to a load on one side 11 in the longitudinal direction X. . The connection part 12e electrically connected to the emitter 3 protrudes outward in the vertical direction X from one end 111 of the side part 11, and has a substantially rectangular shape when viewed in the overlapping direction Z. The connecting portion 12e is composed of an emitter substrate 2 and an emitter 3 extending in the vertical direction X.


Similarly, the connection part 12c electrically connected to the collector 5 protrudes outward in the vertical direction X from the other end 112 of the side part 11, and has a substantially rectangular shape when viewed in the overlapping direction Z. ing. The connecting portion 12 c is composed of a collector substrate 4 and a collector 5 extending in the vertical direction X.

また、図2に示すように、エミッタ基板2における縦方向Xの両側縁部には、一対のスペーサー部22aが立設されている。一対のスペーサー部22aは、図2に示すように、重なり方向Zから見て、横方向Yに長い長方形状を呈している。また、一対のスペーサー部22aの間には、重なり方向Zから見て正方形状を呈する複数のスペーサー部22bが形成されている。   As shown in FIG. 2, a pair of spacer portions 22 a are erected on both side edges in the vertical direction X of the emitter substrate 2. As shown in FIG. 2, the pair of spacer portions 22 a have a rectangular shape that is long in the lateral direction Y when viewed from the overlapping direction Z. A plurality of spacer portions 22b having a square shape when viewed from the overlapping direction Z are formed between the pair of spacer portions 22a.

図1及び図3に示すように、コレクタ基板4に形成されるスペーサー部42は、エミッタ基板2と重ね合わせた状態において、エミッタ基板2のスペーサー部22と当接する位置に形成されている。すなわち、コレクタ基板4における縦方向Xの両側縁部には、重なり方向Zから見て長方形状を呈する一対のスペーサー部42aが立設されており、一対のスペーサー部42aの間には、重なり方向Zから見て正方形状を呈する複数のスペーサー部42bが形成されている。そして、スペーサー部42は、エミッタ基板2とコレクタ基板4とを重ね合わせた状態において、長方形状のスペーサー部22aと42aとが互いに当接し、正方形状のスペーサー部22bと42bとが互いに当接する位置に配置されている。なお、本例におけるスペーサー部22及び42の高さは、10〜15μmであり、いずれも同一の高さとした。   As shown in FIGS. 1 and 3, the spacer portion 42 formed on the collector substrate 4 is formed at a position in contact with the spacer portion 22 of the emitter substrate 2 in a state where the spacer portion 42 is overlapped with the emitter substrate 2. That is, a pair of spacer portions 42a having a rectangular shape as viewed from the overlapping direction Z are provided on both side edges in the longitudinal direction X of the collector substrate 4, and the overlapping direction is between the pair of spacer portions 42a. A plurality of spacer portions 42b having a square shape as viewed from Z are formed. In the state where the emitter substrate 2 and the collector substrate 4 are overlapped, the spacer portion 42 is a position where the rectangular spacer portions 22a and 42a contact each other and the square spacer portions 22b and 42b contact each other. Is arranged. In addition, the height of the spacer parts 22 and 42 in this example is 10-15 micrometers, and let all be the same height.

エミッタ3は、表面31が水素終端されたn型ダイヤモンド半導体より構成されている。また、エミッタ3は、図2及び図3に示すように、エミッタ基板2の表面21における、スペーサー部22を除く領域を覆うように形成されている。本例におけるエミッタ3の厚みは、0.1〜1μm程度である。   The emitter 3 is made of an n-type diamond semiconductor whose surface 31 is terminated with hydrogen. The emitter 3 is formed so as to cover a region excluding the spacer portion 22 on the surface 21 of the emitter substrate 2 as shown in FIGS. The thickness of the emitter 3 in this example is about 0.1 to 1 μm.

コレクタ5は、エミッタ3よりもドーパント濃度の低いn型ダイヤモンド半導体より構成されている。また、コレクタ5は、図3に示すように、コレクタ基板4の表面41における、スペーサー部42を除く領域を覆うように形成されている。本例におけるコレクタ5の厚みは、0.1〜1μm程度である。   The collector 5 is made of an n-type diamond semiconductor having a dopant concentration lower than that of the emitter 3. Further, as shown in FIG. 3, the collector 5 is formed so as to cover a region on the surface 41 of the collector substrate 4 excluding the spacer portion 42. The thickness of the collector 5 in this example is about 0.1 to 1 μm.

また、図3に示すように、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51とは、互いに平行であり、かつ、重なり方向Zにおいて両者が間隙を介して対面している。   As shown in FIG. 3, the surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 are parallel to each other, and both face each other with a gap in the overlapping direction Z.

次に、図4〜図8を用いて熱電子発電素子1の作製方法を説明する。なお、以下に説明する作製方法は一例であり、これ以外の方法により製造することも可能である。   Next, a method for manufacturing the thermoelectric generator 1 will be described with reference to FIGS. Note that the manufacturing method described below is an example, and the manufacturing method can be performed by other methods.

<エミッタ基板2及びエミッタ3>
図4に示すように、真性シリコン半導体よりなるウエハ6の表面に、エッチングマスクとして機能するSiO膜61を熱CVD法により成膜する。次いで、図5に示すように、SiO膜61上にレジスト62を塗布してパターニングを行い、スペーサー部22を形成する領域をレジスト62で覆う。パターニングの後、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、表面に露出しているSiO膜61を除去する。これにより、図6に示すように、スペーサー部22を形成する領域のみにSiO膜61とレジスト62とを積層させる。
<Emitter substrate 2 and emitter 3>
As shown in FIG. 4, an SiO 2 film 61 that functions as an etching mask is formed on the surface of a wafer 6 made of an intrinsic silicon semiconductor by a thermal CVD method. Next, as shown in FIG. 5, a resist 62 is applied on the SiO 2 film 61 and patterned, and a region where the spacer portion 22 is to be formed is covered with the resist 62. After the patterning, wet etching is performed using hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film 61 exposed on the surface. Thereby, as shown in FIG. 6, the SiO 2 film 61 and the resist 62 are laminated only in the region where the spacer portion 22 is formed.

次いで、ICPドライエッチングを行うことにより、ウエハ6上のレジスト62を除去しつつ、ウエハ6のエッチングを行う。この時、ウエハ6上に残されたSiO膜61がエッチングマスクとして機能するため、図7に示すように、SiO膜61により覆われた領域はエッチングされず、周囲よりも相対的に突出する。以上により、スペーサー部22を形成することができる。 Next, the wafer 6 is etched while removing the resist 62 on the wafer 6 by performing ICP dry etching. At this time, since the SiO 2 film 61 left on the wafer 6 functions as an etching mask, as shown in FIG. 7, the region covered with the SiO 2 film 61 is not etched and protrudes relative to the surroundings. To do. As described above, the spacer portion 22 can be formed.

スペーサー部22を形成した後、スペーサー部22の先端にSiO膜61を残した状態で、マイクロ波プラズマCVD法を用いてウエハ6上にn型ダイヤモンド半導体よりなるエミッタ3を形成する。この時、エミッタ3はSiO膜61上には形成されず、シリコン半導体が露出している領域、すなわちスペーサー部22以外の領域に選択的に成膜される(図8参照)。なお、マイクロ波プラズマCVD法の条件は、以下の通りである。 After the spacer portion 22 is formed, the emitter 3 made of an n-type diamond semiconductor is formed on the wafer 6 using a microwave plasma CVD method with the SiO 2 film 61 left at the tip of the spacer portion 22. At this time, the emitter 3 is not formed on the SiO 2 film 61 but is selectively formed in a region where the silicon semiconductor is exposed, that is, a region other than the spacer portion 22 (see FIG. 8). The conditions for the microwave plasma CVD method are as follows.

・CHガス流量 4sccm
・Hガス流量 400sccm
・Nガス流量 40sccm
・マイクロ波出力 800W
・装置内真空度 100Torr
・ CH 4 gas flow rate 4sccm
・ H 2 gas flow rate 400sccm
・ N 2 gas flow rate 40sccm
・ Microwave output 800W
・ Vacuum degree in the device 100 Torr

エミッタ基板2上にエミッタ3を形成した後、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、スペーサー部22の先端に残ったSiO膜61を除去する。その後、ウエハ6を切断して素子ごとに分割し、エミッタ3を形成した状態のエミッタ基板2を得る。 After the emitter 3 is formed on the emitter substrate 2, wet etching is performed using hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film 61 remaining at the tip of the spacer portion 22. Thereafter, the wafer 6 is cut and divided for each element to obtain the emitter substrate 2 on which the emitter 3 is formed.

<コレクタ基板4及びコレクタ5>
コレクタ基板4及びコレクタ5は、上述したエミッタ基板2及びエミッタ3の作製工程と略同一の手順により作製することができる。
<Collector substrate 4 and collector 5>
The collector substrate 4 and the collector 5 can be manufactured by substantially the same procedure as that for manufacturing the emitter substrate 2 and the emitter 3 described above.

以上の方法により得られたエミッタ基板2とコレクタ基板4とを、スペーサー部22の先端とスペーサー部42の先端とを互いに当接させた状態で接合する。これにより、図1〜図3に示す熱電子発電素子1を得ることができる。   The emitter substrate 2 and the collector substrate 4 obtained by the above method are joined in a state where the tip of the spacer portion 22 and the tip of the spacer portion 42 are in contact with each other. Thereby, the thermoelectric power generation element 1 shown in FIGS. 1 to 3 can be obtained.

このように構成した熱電子発電素子1は、例えば、以下のようにして使用することができる。まず、一対の接続部12の間に負荷を接続する。そして、エミッタ3とコレクタ5との間の空間を減圧し、この状態でエミッタ基板2を加熱する。これにより、エミッタ基板2とともに加熱されたエミッタ3から熱電子が放出され、コレクタ5に収集される。そして、コレクタ5に収集された熱電子は、コレクタ基板4側の接続部12cから流れ出し、負荷を通過してエミッタ3へ還流する。   The thermoelectric generator 1 configured as described above can be used as follows, for example. First, a load is connected between the pair of connection portions 12. Then, the space between the emitter 3 and the collector 5 is decompressed, and the emitter substrate 2 is heated in this state. Thereby, thermoelectrons are emitted from the emitter 3 heated together with the emitter substrate 2 and collected by the collector 5. Then, the thermoelectrons collected in the collector 5 flow out from the connecting portion 12c on the collector substrate 4 side, pass through the load, and return to the emitter 3.

次に、熱電子発電素子1の作用効果について説明する。図3に示すように、熱電子発電素子1は、エミッタ基板2とコレクタ基板4とがスペーサー部22及び42の先端において互いに当接するよう構成されている。そのため、エミッタ3とコレクタ5との間に生じる電位差が、エミッタ基板2とコレクタ基板4との間に印加されなくなる。その結果、スペーサー部22や42を介して流れるリーク電流を低減できる。   Next, the function and effect of the thermoelectric generator 1 will be described. As shown in FIG. 3, the thermoelectric generator 1 is configured such that the emitter substrate 2 and the collector substrate 4 are in contact with each other at the tips of the spacer portions 22 and 42. Therefore, a potential difference generated between the emitter 3 and the collector 5 is not applied between the emitter substrate 2 and the collector substrate 4. As a result, the leakage current flowing through the spacer portions 22 and 42 can be reduced.

また、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51とが互いに平行である。そのため、エミッタ3とコレクタ5との間の間隔を、熱電子が移動しやすい大きさに維持しやすくなる。その結果、熱電子発電素子1は、安定した出力を得やすいものとなる。   Further, the surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 are parallel to each other. Therefore, it becomes easy to maintain the space | interval between the emitter 3 and the collector 5 at the magnitude | size which a thermoelectron moves easily. As a result, the thermoelectric power generation element 1 can easily obtain a stable output.

また、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51とが間隙を介して対面している。そのため、コレクタ5が、エミッタ3から放出される熱電子をより効率よく収集することができる。その結果、熱電子発電素子1の発電効率をより向上させることができる。   Further, the surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 face each other through a gap. Therefore, the collector 5 can collect the thermal electrons emitted from the emitter 3 more efficiently. As a result, the power generation efficiency of the thermoelectric power generation element 1 can be further improved.

また、エミッタ3は、表面31が水素終端されたn型ダイヤモンド半導体より構成されている。表面31が水素終端されたダイヤモンド半導体は、真空準位が価電子帯の下端よりも低いエネルギー準位にある、いわゆる負の電子親和力(NEA、Negative Electron Affinity)を有する状態となる。かかる状態においては、伝導帯や不純物準位から熱により励起された電子が、追加のエネルギーを必要とすることなく真空準位に遷移できるため、熱電子が表面31から放出されやすくなる。その結果、熱電子がエミッタ3からより放出されやすくなり、熱電子発電素子1の発電効率をより向上させることができる。   The emitter 3 is composed of an n-type diamond semiconductor whose surface 31 is terminated with hydrogen. The diamond semiconductor whose surface 31 is hydrogen-terminated has a so-called negative electron affinity (NEA) in which the vacuum level is at an energy level lower than the lower end of the valence band. In such a state, electrons excited by heat from the conduction band or the impurity level can transition to the vacuum level without requiring additional energy, so that the thermal electrons are easily emitted from the surface 31. As a result, thermoelectrons are more easily emitted from the emitter 3, and the power generation efficiency of the thermoelectron power generation element 1 can be further improved.

また、コレクタ5が、エミッタ3よりもドーパント濃度の低いn型ダイヤモンド半導体より構成されている。そのため、コレクタ5において熱励起される電子の数がエミッタ3よりも十分に少なくなる。これにより、コレクタ5からエミッタ3へ向けて放出される熱電子の数が、エミッタ3からコレクタ5へ向けて放出される熱電子の数よりも十分に少なくなる。すなわち、熱電子発電素子1は、コレクタ5からエミッタ3へ熱電子が移動する、いわゆるバックエミッションを抑制でき、発電効率をより向上させることができるものとなる。   The collector 5 is made of an n-type diamond semiconductor having a dopant concentration lower than that of the emitter 3. Therefore, the number of electrons thermally excited in the collector 5 is sufficiently smaller than that of the emitter 3. As a result, the number of thermoelectrons emitted from the collector 5 toward the emitter 3 is sufficiently smaller than the number of thermoelectrons emitted from the emitter 3 toward the collector 5. That is, the thermionic power generation element 1 can suppress so-called back emission in which thermoelectrons move from the collector 5 to the emitter 3 and can further improve power generation efficiency.

以上のように、熱電子発電素子1は、発電効率が高いものとなる。   As described above, the thermoelectric power generation element 1 has high power generation efficiency.

(実施例2)
本例は、図9〜図15に示すように、実施例1の熱電子発電素子1におけるスペーサー部22b及び42bに替えて、複数の補強凸部23及び43を設けた例である。図9に示すように、本例の熱電子発電素子102におけるエミッタ基板202は、実施例1と同様に、縦方向Xの両側縁部に一対のスペーサー部22aを有している。そして、一対のスペーサー部22aの間に、コレクタ基板402に向けて突出した複数の補強凸部23を有している。
(Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 9 to 15, a plurality of reinforcing convex portions 23 and 43 are provided instead of the spacer portions 22 b and 42 b in the thermoelectric power generation element 1 of the first embodiment. As shown in FIG. 9, the emitter substrate 202 in the thermoelectric generator 102 of this example has a pair of spacer portions 22a on both side edges in the vertical direction X, as in the first embodiment. In addition, a plurality of reinforcing protrusions 23 protruding toward the collector substrate 402 are provided between the pair of spacer portions 22a.

同様に、コレクタ基板402は、縦方向Xの両側縁部に一対のスペーサー部42aを有している。そして、一対のスペーサー部42aの間に、エミッタ基板202に向けて突出した複数の補強凸部43を有している。   Similarly, the collector substrate 402 has a pair of spacer portions 42 a at both side edges in the vertical direction X. In addition, a plurality of reinforcing convex portions 43 projecting toward the emitter substrate 202 are provided between the pair of spacer portions 42a.

エミッタ基板202の補強凸部23とコレクタ基板402の補強凸部43とは、エミッタ基板202とコレクタ基板402とを重ね合わせた状態において互いに対面する位置に配置されている。また、図9に示すように、エミッタ基板202の補強凸部23の先端と、コレクタ基板402の補強凸部43の先端とが互いに対面し、両者の間に間隙が形成されている。そして、図10に示すように、エミッタ基板202またはコレクタ基板402が湾曲した状態において、補強凸部23と補強凸部43とが当接可能に構成されている。なお、本例における補強凸部23及び43の高さは、スペーサー部22及び42よりも1〜2μm程度低くしている。   The reinforcing convex portion 23 of the emitter substrate 202 and the reinforcing convex portion 43 of the collector substrate 402 are arranged at positions facing each other when the emitter substrate 202 and the collector substrate 402 are overlapped. Further, as shown in FIG. 9, the tip of the reinforcing convex portion 23 of the emitter substrate 202 and the tip of the reinforcing convex portion 43 of the collector substrate 402 face each other, and a gap is formed between them. As shown in FIG. 10, the reinforcing convex portion 23 and the reinforcing convex portion 43 can be brought into contact with each other in a state where the emitter substrate 202 or the collector substrate 402 is curved. In addition, the height of the reinforcement convex parts 23 and 43 in this example is about 1-2 micrometers lower than the spacer parts 22 and 42.

次に、図11〜図15を用いて熱電子発電素子102の作製方法について説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であり、これ以外の方法により製造することも可能である。   Next, a method for manufacturing the thermoelectric generator 102 will be described with reference to FIGS. In addition, the manufacturing method demonstrated below is an example and can also be manufactured by methods other than this.

<エミッタ基板202及びエミッタ3>
真性シリコン半導体よりなるウエハ6の表面に、エッチングマスクとして機能するSiO膜61を熱CVD法により成膜する。次いで、SiO膜61上にレジストを塗布してパターニングを行い、一対のスペーサー部22aを形成する領域をレジストで覆う。パターニングの後、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、表面に露出しているSiO膜61を除去する。次いで、ICPドライエッチングを行うことにより、ウエハ6上のレジストを除去しつつシリコン半導体をエッチングする。これにより、図11に示すように、補強凸部23を形成する領域をスペーサー部22aを形成する領域よりも1〜2μm程度低くする。この高さの差は、エミッタ基板202が完成した状態における、スペーサー部22aと補強凸部23との高さの差に相当する。
<Emitter substrate 202 and emitter 3>
A SiO 2 film 61 functioning as an etching mask is formed on the surface of the wafer 6 made of an intrinsic silicon semiconductor by a thermal CVD method. Next, a resist is applied on the SiO 2 film 61 and patterned to cover the regions where the pair of spacer portions 22a are to be formed. After the patterning, wet etching is performed using hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film 61 exposed on the surface. Next, ICP dry etching is performed to etch the silicon semiconductor while removing the resist on the wafer 6. Thereby, as shown in FIG. 11, the area | region which forms the reinforcement convex part 23 is made about 1-2 micrometers lower than the area | region which forms the spacer part 22a. This difference in height corresponds to the difference in height between the spacer portion 22a and the reinforcing protrusion 23 in a state where the emitter substrate 202 is completed.

次いで、スペーサー部22aの先端に残ったSiO膜61を除去した後、ウエハ6の全面に再びSiO膜63を成膜する。その後、SiO膜63上にレジスト64を塗布してパターニングを行い、図12に示すように、一対のスペーサー部22a及び補強凸部23を形成する領域の双方をレジスト64で覆う。パターニングの後、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、表面に露出しているSiO膜63を除去する。これにより、図13に示すように、スペーサー部22a及び補強凸部23を形成する領域のみにSiO膜63とレジスト64とを積層させる。 Next, after removing the SiO 2 film 61 remaining at the tip of the spacer portion 22 a, the SiO 2 film 63 is formed again on the entire surface of the wafer 6. Thereafter, a resist 64 is applied on the SiO 2 film 63 and patterned, and both the regions where the pair of spacer portions 22a and the reinforcing convex portions 23 are formed are covered with the resist 64 as shown in FIG. After the patterning, wet etching is performed using hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film 63 exposed on the surface. As a result, as shown in FIG. 13, the SiO 2 film 63 and the resist 64 are laminated only in the region where the spacer portion 22 a and the reinforcing convex portion 23 are formed.

次いで、ICPドライエッチングを行うことにより、ウエハ6上のレジスト64を除去しつつ、ウエハ6のエッチングを行う。これにより、図14に示すように、一対のスペーサー部22a及び補強凸部23が形成される。   Next, the wafer 6 is etched while removing the resist 64 on the wafer 6 by performing ICP dry etching. Thereby, as shown in FIG. 14, a pair of spacer part 22a and the reinforcement convex part 23 are formed.

スペーサー部22a及び補強凸部23を形成した後、これらの先端にSiO膜63を残した状態で、マイクロ波プラズマCVD法を用いてウエハ6上にn型ダイヤモンド半導体よりなるエミッタ3を形成する。これにより、図15に示すように、エミッタ基板202におけるスペーサー部22a及び補強凸部23の双方を除く領域に選択的に成膜される。なお、マイクロ波プラズマCVD法の条件は、実施例1と同様である。 After forming the spacer portion 22a and the reinforcing convex portion 23, the emitter 3 made of an n-type diamond semiconductor is formed on the wafer 6 by using the microwave plasma CVD method with the SiO 2 film 63 left at the tip thereof. . As a result, as shown in FIG. 15, a film is selectively formed in a region of the emitter substrate 202 excluding both the spacer portion 22 a and the reinforcing convex portion 23. The conditions of the microwave plasma CVD method are the same as those in the first embodiment.

エミッタ基板202上にエミッタ3を形成した後、フッ酸を用いてウェットエッチングを行い、スペーサー部22a及び補強凸部23の先端に残ったSiO膜63を除去する。その後、ウエハ6を切断して素子ごとに分割し、エミッタ3を形成した状態のエミッタ基板202を得る。 After the emitter 3 is formed on the emitter substrate 202, wet etching is performed using hydrofluoric acid to remove the SiO 2 film 63 remaining at the tips of the spacer portion 22a and the reinforcing convex portion 23. Thereafter, the wafer 6 is cut and divided into elements to obtain an emitter substrate 202 in a state where the emitter 3 is formed.

そして、以上の方法により得られたエミッタ基板202と、これと略同一の方法により得られたコレクタ基板402とを、スペーサー部22の先端とスペーサー部42の先端とを互いに当接させた状態で接合する。これにより、図9に示す熱電子発電素子102を得ることができる。その他は実施例1と同様である。なお、図9〜図15において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものについては、特に示さない限り実施例1と同様の構成要素等を表すものとする。   Then, the emitter substrate 202 obtained by the above method and the collector substrate 402 obtained by substantially the same method are placed with the tip of the spacer portion 22 and the tip of the spacer portion 42 in contact with each other. Join. Thereby, the thermoelectric power generation element 102 shown in FIG. 9 can be obtained. Others are the same as in the first embodiment. Of the reference numerals used in FIGS. 9 to 15, the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.

本例の熱電子発電素子102は、エミッタ基板202及びコレクタ基板402が補強凸部23や補強凸部43を有している。そのため、上述したように、補強凸部23や補強凸部43を介してリーク電流が流れたり、熱伝導が起こったりすることがない。そして、エミッタ基板202等が湾曲する際に、エミッタ3とコレクタ5とが当接することを防止でいる。これらの結果、熱電子発電素子102は、発電効率及び信頼性の双方の特性をより向上させることができる。その他、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。   In the thermoelectric power generation element 102 of this example, the emitter substrate 202 and the collector substrate 402 have the reinforcing convex portion 23 and the reinforcing convex portion 43. Therefore, as described above, there is no leakage current or heat conduction through the reinforcing protrusions 23 and the reinforcing protrusions 43. When the emitter substrate 202 or the like is curved, the emitter 3 and the collector 5 are prevented from coming into contact with each other. As a result, the thermoelectric power generation element 102 can further improve both the characteristics of power generation efficiency and reliability. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.

(実施例3)
本例は、エミッタ基板203及びコレクタ基板403の材質としてダイヤモンド半導体を用いた熱電子発電素子103の例である。本例の熱電子発電素子103におけるエミッタ基板203及びコレクタ基板403は、各々、厚み方向の表面21及び41が(001)面である真性ダイヤモンド半導体より構成されている(図18参照)。
(Example 3)
This example is an example of a thermionic power generation element 103 using a diamond semiconductor as a material for the emitter substrate 203 and the collector substrate 403. The emitter substrate 203 and the collector substrate 403 in the thermoelectric power generation element 103 of this example are each formed of an intrinsic diamond semiconductor whose surfaces 21 and 41 in the thickness direction are (001) planes (see FIG. 18).

図17及び図18に示すように、エミッタ基板203は、コレクタ基板403へ向けて立設された複数のエミッタ補強凸部233を有している。エミッタ補強凸部233は略直方体状を呈しており、頂面24が(001)面となり、側面25が{110}面となるように結晶方位を揃えて形成されている。   As shown in FIGS. 17 and 18, the emitter substrate 203 has a plurality of emitter reinforcing protrusions 233 that are erected toward the collector substrate 403. The emitter reinforcing convex portion 233 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed with the crystal orientation aligned so that the top surface 24 becomes a (001) plane and the side surface 25 becomes a {110} plane.

また、図17及び図18に示すように、エミッタ補強凸部233の基部26には、n型ダイヤモンド半導体よりなり、表面31が{111}面であるエミッタ3が配設されている。   As shown in FIGS. 17 and 18, an emitter 3 made of an n-type diamond semiconductor and having a surface 111 of {111} is disposed on the base 26 of the emitter reinforcing projection 233.

同様に、コレクタ基板403は、図18に示すように、エミッタ基板203へ向けて立設された複数のコレクタ補強凸部433を有している。コレクタ補強凸部433は略直方体状を呈しており、エミッタ補強凸部233と同様に、頂面44が(001)面となり、側面45が{110}面となるように結晶方位を揃えて形成されている。   Similarly, the collector substrate 403 has a plurality of collector reinforcing projections 433 erected toward the emitter substrate 203 as shown in FIG. The collector reinforcing convex portion 433 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and is formed with the crystal orientation aligned so that the top surface 44 becomes the (001) plane and the side surface 45 becomes the {110} plane, like the emitter reinforcing convex portion 233. Has been.

また、図18に示すように、コレクタ補強凸部433の基部46には、n型ダイヤモンド半導体よりなり、表面51が{111}面であるコレクタ5が配設されている。   As shown in FIG. 18, a collector 5 made of an n-type diamond semiconductor and having a surface 111 of {111} is disposed on the base 46 of the collector reinforcing projection 433.

図18に示すように、エミッタ補強凸部233の頂面24は、コレクタ基板403の表面41と間隙を介して対面し、かつ、エミッタ基板203またはコレクタ基板403が湾曲した状態においてコレクタ基板403と当接可能に構成されている。同様に、コレクタ補強凸部433の頂面44は、エミッタ基板203の表面21と間隙を介して対面し、かつ、エミッタ基板203またはコレクタ基板403が湾曲した状態においてエミッタ基板203と当接可能に構成されている。   As shown in FIG. 18, the top surface 24 of the emitter reinforcing projection 233 faces the surface 41 of the collector substrate 403 through a gap, and the collector substrate 403 and the collector substrate 403 are curved in a state where the emitter substrate 203 or the collector substrate 403 is curved. It is comprised so that contact is possible. Similarly, the top surface 44 of the collector reinforcing projection 433 faces the surface 21 of the emitter substrate 203 via a gap, and can come into contact with the emitter substrate 203 in a state where the emitter substrate 203 or the collector substrate 403 is curved. It is configured.

また、図16及び図18に示すように、エミッタ補強凸部233とコレクタ補強凸部433とは、側面25と側面45とが互いに対面するように交互に並んで配置されている。そして、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51とは、隣り合うエミッタ補強凸部233とコレクタ補強凸部433との間において、互いに平行となるように構成されている。   As shown in FIGS. 16 and 18, the emitter reinforcing protrusions 233 and the collector reinforcing protrusions 433 are alternately arranged so that the side surfaces 25 and the side surfaces 45 face each other. The surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 are configured to be parallel to each other between the adjacent emitter reinforcing convex portion 233 and collector reinforcing convex portion 433.

以下、熱電子発電素子103について詳細に説明する。図16に示すように、本例の熱電子発電素子103は、重なり方向Zから見て略正方形状を呈している。また、熱電子発電素子103は、重なり方向Zから見たときの1つの角部13に、一対の接続部12を具備している。   Hereinafter, the thermoelectric power generation element 103 will be described in detail. As shown in FIG. 16, the thermoelectric generator 103 of this example has a substantially square shape when viewed in the overlapping direction Z. Further, the thermoelectric power generation element 103 includes a pair of connection portions 12 at one corner portion 13 when viewed from the overlapping direction Z.

図16及び図17に示すように、エミッタ基板203のスペーサー部223及びコレクタ基板403のスペーサー部423は、熱電子発電素子103を重なり方向Zから見た時の外周縁部に立設されている。スペーサー部223及び423は、重なり方向Zから見て正方形状を呈しており、その側面を<100>方向に向けて配置されている。すなわち、スペーサー部223及び423の側面は、{100}面から構成されている。   As shown in FIGS. 16 and 17, the spacer portion 223 of the emitter substrate 203 and the spacer portion 423 of the collector substrate 403 are erected on the outer peripheral edge when the thermoelectric generator 103 is viewed from the overlapping direction Z. . The spacer portions 223 and 423 have a square shape when viewed from the overlapping direction Z, and are arranged with the side surfaces directed in the <100> direction. That is, the side surfaces of the spacer portions 223 and 423 are constituted by {100} planes.

また、図18に示すように、エミッタ基板203のスペーサー部223は、エミッタ基板203とコレクタ基板403とを重ね合わせた状態において、コレクタ基板403の表面41と当接している。同様に、コレクタ基板403のスペーサー部423は、エミッタ基板203とコレクタ基板403とを重ね合わせた状態において、エミッタ基板203の表面21と当接している。   As shown in FIG. 18, the spacer portion 223 of the emitter substrate 203 is in contact with the surface 41 of the collector substrate 403 in a state where the emitter substrate 203 and the collector substrate 403 are overlapped. Similarly, the spacer portion 423 of the collector substrate 403 is in contact with the surface 21 of the emitter substrate 203 in a state where the emitter substrate 203 and the collector substrate 403 are overlapped.

図16に示すように、エミッタ補強凸部233及びコレクタ補強凸部433は、熱電子発電素子103を重なり方向Zから見た時の中央部に配設されている。   As shown in FIG. 16, the emitter reinforcing convex portion 233 and the collector reinforcing convex portion 433 are arranged at the center when the thermoelectric generator 103 is viewed from the overlapping direction Z.

図16〜図18に示すように、エミッタ補強凸部233は略直方体状を呈しており、その長手方向を<110>方向に向けて配置されている。これにより、エミッタ補強凸部233の側面25が{110}面より構成されている。本例においては、3つのエミッタ補強凸部233が長手方向と直角方向に互いに並んで配置されている。   As shown in FIGS. 16-18, the emitter reinforcement convex part 233 is exhibiting the substantially rectangular parallelepiped shape, and the longitudinal direction is arrange | positioned toward the <110> direction. Thereby, the side surface 25 of the emitter reinforcement convex part 233 is comprised from {110} surface. In this example, three emitter reinforcing convex portions 233 are arranged side by side in the direction perpendicular to the longitudinal direction.

また、図16及び図18に示すように、コレクタ補強凸部433は、略直方体状を呈しており、エミッタ基板203とコレクタ基板403とを重ね合わせた状態において、隣り合うエミッタ補強凸部233の間に配置されるように構成されている。すなわち、コレクタ補強凸部433は、コレクタ基板403上において、その長手方向を<1−10>方向に向けている。そして、3つのコレクタ補強凸部433が長手方向と直角方向に互いに並んで配置されている(図示略)。これにより、コレクタ補強凸部433の側面45が{110}面より構成されるとともに、エミッタ補強凸部233の側面25とコレクタ補強凸部433の側面45とが対面するように配置されている。   Further, as shown in FIGS. 16 and 18, the collector reinforcing convex portion 433 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the emitter reinforcing convex portions 233 adjacent to each other in a state where the emitter substrate 203 and the collector substrate 403 are overlapped with each other. It is comprised so that it may be arranged between. That is, the collector reinforcing convex part 433 has its longitudinal direction directed to the <1-10> direction on the collector substrate 403. Three collector reinforcing protrusions 433 are arranged side by side in the direction perpendicular to the longitudinal direction (not shown). Thereby, the side surface 45 of the collector reinforcing convex portion 433 is constituted by the {110} plane, and the side surface 25 of the emitter reinforcing convex portion 233 and the side surface 45 of the collector reinforcing convex portion 433 are arranged to face each other.

図17に示すように、エミッタ3は、エミッタ補強凸部233の基部26を取り囲むように形成されている。図18に示すように、エミッタ3は、エミッタ補強凸部233の側面25と、エミッタ基板203の表面21とに挟まれた角部32を直角とする直角二等辺三角形状の断面を有している。また、エミッタ3の表面31は、{111}面より構成されている。   As shown in FIG. 17, the emitter 3 is formed so as to surround the base portion 26 of the emitter reinforcing projection 233. As shown in FIG. 18, the emitter 3 has a right-angled isosceles triangular section with a corner portion 32 sandwiched between the side surface 25 of the emitter reinforcing projection 233 and the surface 21 of the emitter substrate 203 being a right angle. Yes. Further, the surface 31 of the emitter 3 is composed of {111} planes.

同様に、コレクタ5は、コレクタ補強凸部433の基部46を取り囲むように形成されている。そして、コレクタ5は、図18に示すように、コレクタ補強凸部433の側面45と、コレクタ基板403の表面41とに挟まれた角部52を直角とする直角二等辺三角形状の断面を呈している。また、コレクタ5の表面51は、{111}面より構成されている。   Similarly, the collector 5 is formed so as to surround the base 46 of the collector reinforcing projection 433. As shown in FIG. 18, the collector 5 has a right-angled isosceles triangular section with a corner 52 sandwiched between the side surface 45 of the collector reinforcing projection 433 and the surface 41 of the collector substrate 403 being a right angle. ing. Further, the surface 51 of the collector 5 is composed of {111} planes.

また、図18に示すように、隣り合うエミッタ補強凸部233とコレクタ補強凸部433との間において、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51とは、互いに平行であり、かつ、両者が間隙を介して対面している。   Further, as shown in FIG. 18, between the adjacent emitter reinforcing convex portion 233 and collector reinforcing convex portion 433, the surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 are parallel to each other, and both are Facing through a gap.

また、エミッタ基板203及びコレクタ基板403は、エミッタ3及びコレクタ5を外部回路と接続する引出電極を有している。引出電極は、例えば金やアルミニウム等の金属を用いて形成することができる。図17に示すように、エミッタ基板203に配された引出電極27は、接続部12eからエミッタ3に向けて延設されている。同様に、コレクタ基板403に配された引出電極は、接続部12cからコレクタ5に向けて延設されている(図示略)。   The emitter substrate 203 and the collector substrate 403 have extraction electrodes that connect the emitter 3 and the collector 5 to an external circuit. The extraction electrode can be formed using a metal such as gold or aluminum. As shown in FIG. 17, the extraction electrode 27 disposed on the emitter substrate 203 extends from the connection portion 12 e toward the emitter 3. Similarly, the extraction electrode disposed on the collector substrate 403 extends from the connection portion 12c toward the collector 5 (not shown).

次に、本例の熱電子発電素子103の作製方法を説明する。エミッタ基板203及びコレクタ基板403は、表面21及び41が(001)面である真性ダイヤモンド基板に対して、パターニングとICPエッチングとを適宜組み合わせて形成することができる。   Next, a method for manufacturing the thermoelectric generator 103 of this example will be described. The emitter substrate 203 and the collector substrate 403 can be formed by appropriately combining patterning and ICP etching with respect to an intrinsic diamond substrate whose surfaces 21 and 41 are (001) planes.

エミッタ3及びコレクタ5は、マイクロ波プラズマCVD法を用いることにより形成することができる。一例として、本例におけるエミッタ3の作製条件を以下に示す。   The emitter 3 and the collector 5 can be formed by using a microwave plasma CVD method. As an example, the manufacturing conditions of the emitter 3 in this example are shown below.

・CHガス流量 2sccm
・Hガス流量 400sccm
・PHガス流量 2sccm
・マイクロ波出力 1000W
・装置内真空度 30Torr
・ CH 4 gas flow rate 2sccm
・ H 2 gas flow rate 400sccm
・ PH 3 gas flow rate 2sccm
・ Microwave output 1000W
・ Vacuum degree in the device 30 Torr

上述した条件を用いることにより、エミッタ3がエミッタ補強凸部233の基部26に選択エピタキシャル成長により形成される。すなわち、上述した条件においては、ダイヤモンドの{111}面の成長が、他の結晶方位の成長よりも優位となる。そのため、この場合には、エミッタ補強凸部233の側面25を構成する{110}面と、エミッタ基板203の表面21を構成する(001)面との境界28を基点として、エミッタ3が<111>方向に向けて選択的に成長しやすくなる。その結果、上述したような直角二等辺三角形状の断面を有し、表面31が{111}面であるエミッタ3が形成される。   By using the above-described conditions, the emitter 3 is formed on the base portion 26 of the emitter reinforcing projection 233 by selective epitaxial growth. That is, under the above-mentioned conditions, the growth of {111} plane of diamond is superior to the growth of other crystal orientations. Therefore, in this case, the emitter 3 is <111 from the boundary 28 between the {110} plane constituting the side surface 25 of the emitter reinforcing projection 233 and the (001) plane constituting the surface 21 of the emitter substrate 203. > It becomes easy to grow selectively in the direction. As a result, the emitter 3 having the right isosceles triangular cross section as described above and the surface 31 being the {111} plane is formed.

また、コレクタ5は、エミッタ3と同様に、選択エピタキシャル成長によりコレクタ補強凸部433の基部46に形成されている。   Similarly to the emitter 3, the collector 5 is formed on the base 46 of the collector reinforcing projection 433 by selective epitaxial growth.

エミッタ3及びコレクタ5を形成した後、従来公知の方法を用いて引出電極27を形成する。その他は実施例1と同様である。なお、図16〜図18において用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものについては、特に示さない限り実施例1と同様の構成要素等を表すものとする。   After forming the emitter 3 and the collector 5, the extraction electrode 27 is formed using a conventionally known method. Others are the same as in the first embodiment. Of the reference numerals used in FIGS. 16 to 18, the same reference numerals as those used in the first embodiment denote the same components as in the first embodiment unless otherwise specified.

次に、本例の作用効果について説明する。本例の熱電子発電素子103は、エミッタ基板203のスペーサー部223がコレクタ基板403の表面41と当接しており、コレクタ基板403のスペーサー部423がエミッタ基板203の表面21と当接している。このように、エミッタ基板203のスペーサー部223とコレクタ基板403のスペーサー部423とは、必ずしも互いに対面する位置に配置しなくてもよい。本例に示したように、スペーサー部223や423の先端がエミッタ基板203の表面21やコレクタ基板403の表面41と当接するように構成されていれば、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。   Next, the function and effect of this example will be described. In the thermoelectric generator 103 of this example, the spacer portion 223 of the emitter substrate 203 is in contact with the surface 41 of the collector substrate 403, and the spacer portion 423 of the collector substrate 403 is in contact with the surface 21 of the emitter substrate 203. As described above, the spacer portion 223 of the emitter substrate 203 and the spacer portion 423 of the collector substrate 403 are not necessarily arranged at positions facing each other. As shown in this example, if the tips of the spacer portions 223 and 423 are configured to come into contact with the surface 21 of the emitter substrate 203 and the surface 41 of the collector substrate 403, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. be able to.

また、熱電子発電素子103におけるエミッタ基板203は、ダイヤモンド半導体より構成されている。そのため、エミッタ基板203が高い熱伝導率を有するものとなり、外部の熱源から加わる熱をエミッタ3に効率よく伝達することができる。その結果、熱電子発電素子103は、発電効率がより高いものとなりやすい。   In addition, the emitter substrate 203 in the thermoelectric generator 103 is made of a diamond semiconductor. Therefore, the emitter substrate 203 has a high thermal conductivity, and heat applied from an external heat source can be efficiently transmitted to the emitter 3. As a result, the thermoelectric power generation element 103 tends to have higher power generation efficiency.

また、エミッタ基板203及びコレクタ基板403に上記特定の結晶方位を有するダイヤモンド半導体を用いている。そして、エミッタ補強凸部233の側面25及びコレクタ補強凸部433の側面45が上記特定の結晶方位となるように、結晶方位を揃えてエミッタ補強凸部233及びコレクタ補強凸部433を形成している。そのため、上述したように、選択エピタキシャル成長により、エミッタ3及びコレクタ5を上記特定の位置に形成することができる。この場合には、エミッタ3やコレクタ5を特定の位置に形成するためのパターニングやエッチング等の工程を省略することができる。その結果、製造プロセスを容易に短縮させることができ、熱電子発電素子103の生産性をより向上させることができる。   The emitter substrate 203 and the collector substrate 403 are made of diamond semiconductor having the specific crystal orientation. Then, the emitter reinforcing convex portion 233 and the collector reinforcing convex portion 433 are formed by aligning the crystal orientation so that the side surface 25 of the emitter reinforcing convex portion 233 and the side surface 45 of the collector reinforcing convex portion 433 have the specific crystal orientation. Yes. Therefore, as described above, the emitter 3 and the collector 5 can be formed at the specific position by selective epitaxial growth. In this case, processes such as patterning and etching for forming the emitter 3 and the collector 5 at specific positions can be omitted. As a result, the manufacturing process can be easily shortened, and the productivity of the thermoelectric generator 103 can be further improved.

また、この場合には、エミッタ3及びコレクタ5の成長方向及び表面31、51の結晶方位を容易に制御することができる。そのため、エミッタ3の表面31とコレクタ5の表面51との平行度を容易に向上させることができる。その結果、熱電子発電素子103は、より発電効率の高いものとなりやすい。その他、実施例1と同様の作用効果を奏することができる。   In this case, the growth direction of the emitter 3 and the collector 5 and the crystal orientation of the surfaces 31 and 51 can be easily controlled. Therefore, the parallelism between the surface 31 of the emitter 3 and the surface 51 of the collector 5 can be easily improved. As a result, the thermionic power generation element 103 tends to have higher power generation efficiency. In addition, the same effects as those of the first embodiment can be achieved.

(変形例1)
本例は、図19に示すように、実施例1の熱電子発電素子1における接続部12を、エミッタ基板2及びコレクタ基板4の背面に形成した例である。本例の熱電子発電素子104におけるエミッタ基板2は、厚み方向(重なり方向Z)に貫通形成された貫通穴29を複数有している。貫通穴29は、エミッタ基板2におけるエミッタ3が配される領域に形成されている。
(Modification 1)
In this example, as shown in FIG. 19, the connection portion 12 in the thermoelectric generator 1 of Example 1 is formed on the back surface of the emitter substrate 2 and the collector substrate 4. The emitter substrate 2 in the thermoelectric power generation element 104 of the present example has a plurality of through holes 29 formed so as to penetrate in the thickness direction (overlapping direction Z). The through hole 29 is formed in a region of the emitter substrate 2 where the emitter 3 is disposed.

同様に、コレクタ基板4は、厚み方向(重なり方向Z)に貫通形成された貫通穴49を複数有している。貫通穴49は、コレクタ基板4におけるコレクタ5が配される領域に形成されている。   Similarly, the collector substrate 4 has a plurality of through holes 49 formed so as to penetrate in the thickness direction (the overlapping direction Z). The through hole 49 is formed in a region of the collector substrate 4 where the collector 5 is disposed.

本例の接続部124は金属より構成されており、エミッタ基板2及びコレクタ基板4の背面を覆うように配設されるとともに、貫通穴29及び49の内部に充填されている。これにより、接続部124をエミッタ3の背面33及びコレクタ5の背面53と接触させ、エミッタ3及びコレクタ5を負荷と接続できるように構成されている。   The connection portion 124 of this example is made of metal, is disposed so as to cover the back surfaces of the emitter substrate 2 and the collector substrate 4, and is filled in the through holes 29 and 49. Thereby, the connection part 124 is made to contact the back surface 33 of the emitter 3 and the back surface 53 of the collector 5, and the emitter 3 and the collector 5 can be connected to the load.

このように、接続部124をエミッタ基板2及びコレクタ基板4の背面に配設することにより、接続部124の面積を広くしやすくなる。そのため、熱電子発電素子104と外部回路との接続をより容易に行うことができ、信頼性をより向上させやすくなる。   As described above, by arranging the connection portion 124 on the back surface of the emitter substrate 2 and the collector substrate 4, the area of the connection portion 124 can be easily increased. Therefore, the thermoelectric generator 104 and the external circuit can be connected more easily, and the reliability can be improved more easily.

(変形例2)
本例は、実施例3におけるエミッタ3及びコレクタ5の配置を変更した例である。エミッタ3及びコレクタ5は、実施例1と同様に、エミッタ基板2の表面21やコレクタ基板4の表面41を覆うように構成されていてもよい(図20参照)。また、図21に示すように、エミッタ補強凸部233やコレクタ補強凸部433と対面する位置に、エミッタ3及びコレクタ5を形成しないように構成してもよい。
(Modification 2)
In this example, the arrangement of the emitter 3 and the collector 5 in the third embodiment is changed. Similarly to the first embodiment, the emitter 3 and the collector 5 may be configured to cover the surface 21 of the emitter substrate 2 and the surface 41 of the collector substrate 4 (see FIG. 20). Further, as shown in FIG. 21, the emitter 3 and the collector 5 may not be formed at a position facing the emitter reinforcing convex portion 233 or the collector reinforcing convex portion 433.

なお、実施例1〜3及び変形例1〜2には、エミッタ基板とコレクタ基板との両方にスペーサー部や補強凸部を設けた例を示したが、スペーサー部や補強凸部は、エミッタ基板またはコレクタ基板の少なくとも一方に具備されていればよい。つまり、例えばエミッタ基板のみにスペーサー部や補強凸部を設けた構成や、コレクタ基板のみにスペーサー部や補強凸部を設けた構成をとることもできる。   In Examples 1 to 3 and Modifications 1 and 2, an example in which spacer portions and reinforcing convex portions are provided on both the emitter substrate and the collector substrate is shown. However, the spacer portions and reinforcing convex portions are formed on the emitter substrate. Alternatively, it may be provided on at least one of the collector substrates. That is, for example, a configuration in which a spacer portion or a reinforcing convex portion is provided only on the emitter substrate, or a configuration in which a spacer portion or a reinforcing convex portion is provided only on the collector substrate can be employed.

また、エミッタの表面31とコレクタの表面51とが互いに平行となるよう構成された例を示したが、エミッタの表面31とコレクタの表面51とが平行でなくてもよい。   In addition, although the example in which the emitter surface 31 and the collector surface 51 are configured to be parallel to each other is shown, the emitter surface 31 and the collector surface 51 may not be parallel.

また、エミッタ3及びコレクタ5には、n型ダイヤモンド半導体以外の材質を用いることも可能である。エミッタ3やコレクタ5の材質としては、例えば、Si、GaN、SiC、BN、GaAs、InP等の半導体や、種々の金属等を用いることができる。また、半導体を用いる場合には、ドナーやアクセプタを適宜添加し、n型またはp型のいずれかの導電形を呈するように構成してもよい。エミッタ3及びコレクタ5の材質は、例えば発電効率や熱電子電流の大きさ、あるいは出力電圧等の、所望する特性に応じて適宜選択することができる。   Further, materials other than the n-type diamond semiconductor can be used for the emitter 3 and the collector 5. As the material of the emitter 3 and the collector 5, for example, semiconductors such as Si, GaN, SiC, BN, GaAs, InP, various metals, and the like can be used. In the case of using a semiconductor, a donor or an acceptor may be added as appropriate so as to exhibit either n-type or p-type conductivity. The material of the emitter 3 and the collector 5 can be appropriately selected according to desired characteristics such as, for example, power generation efficiency, the magnitude of the thermoelectron current, or an output voltage.

1、102、103 熱電子発電素子
2、202、203 エミッタ基板
21 エミッタ基板の表面
22、223 スペーサー部
3 エミッタ
31 エミッタの表面
4、402、403 コレクタ基板
41 コレクタ基板の表面
42、423 スペーサー部
5 コレクタ
51 コレクタの表面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 102, 103 Thermionic power generation element 2, 202, 203 Emitter substrate 21 Emitter substrate surface 22, 223 Spacer part 3 Emitter 31 Emitter surface 4, 402, 403 Collector substrate 41 Collector substrate surface 42, 423 Spacer part 5 Collector 51 Collector surface

Claims (9)

高抵抗材料よりなるエミッタ基板(2、202、203)と、
該エミッタ基板(2、202、203)の表面に形成され、熱電子を発生させるエミッタ(3)と、
上記エミッタ基板(2、202、203)に対向して配置された高抵抗材料よりなるコレクタ基板(4、402、403)と、
該コレクタ基板(4、402、403)の表面に形成され、上記熱電子を収集するコレクタ(5)とを有し、
上記エミッタ基板(2、202、203)及び上記コレクタ基板(4、402、403)の少なくとも一方は、他方に向けて突出したスペーサー部(22、223、42、423)を有しており、
該スペーサー部(22、223、42、423)の先端は、上記エミッタ基板(2、202、203)及び上記コレクタ基板(4、402、403)のうち、上記スペーサー部(22、223、42、423)が突出している基板に対向した基板と当接していることを特徴とする熱電子発電素子(1、102、103、104)。
An emitter substrate (2, 202, 203) made of a high resistance material;
An emitter (3) formed on the surface of the emitter substrate (2, 202, 203) for generating thermionic electrons;
A collector substrate (4, 402, 403) made of a high resistance material disposed opposite to the emitter substrate (2, 202, 203);
A collector (5) formed on the surface of the collector substrate (4, 402, 403) and collecting the thermal electrons,
At least one of the emitter substrate (2, 202, 203) and the collector substrate (4, 402, 403) has a spacer portion (22, 223, 42, 423) protruding toward the other,
The tip of the spacer part (22, 223, 42, 423) is the spacer part (22, 223, 42, 403) of the emitter substrate (2, 202, 203) and the collector substrate (4, 402, 403). 423) is in contact with the substrate opposite to the protruding substrate, the thermoelectric generator (1, 102, 103, 104).
上記エミッタ基板(2、202)及び上記コレクタ基板(4、402)の両方が上記スペーサー部(22、42)を有しており、上記エミッタ基板(2、202)に設けられた上記スペーサー部(22)の先端と上記コレクタ基板(4、402)に設けられた上記スペーサー部(42)の先端とが互いに当接していることを特徴とする請求項1に記載の熱電子発電素子(1、102、104)。Both the emitter substrate (2, 202) and the collector substrate (4, 402) have the spacer part (22, 42), and the spacer part (2, 202) provided on the emitter substrate (2, 202). 22. The thermoelectric generator (1, 2) according to claim 1, wherein a tip of the spacer part (42) provided on the collector substrate (4, 402) is in contact with each other. 102, 104). 上記エミッタ基板(202、203)及び上記コレクタ基板(402、403)のうち少なくとも一方は他方に向けて突出した補強凸部(23、233、43、433)を有しており、上記エミッタ(3)、上記コレクタ(5)、上記エミッタ基板(2、202、203)及び上記コレクタ基板(4、402、403)のうち上記補強凸部(23、233、43、433)の先端に対面する部材(2、202、203、23、233、3、4、402、403、43、433、5)と上記補強凸部(23、233、43、433)の先端との間に間隙が形成されており、かつ、上記エミッタ基板(2、202、203)または上記コレクタ基板(4、402、403)が湾曲した状態において、上記補強凸部(23、233、43、433)の先端と、これに対面する部材(2、202、203、23、233、3、4、402、403、43、433、5)とが当接可能に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱電子発電素子(102、103、104)。 At least one of the emitter substrate (202, 203) and the collector substrate (402, 403) has a reinforcing projection (23, 233, 43, 433) protruding toward the other, and the emitter (3 ), Of the collector (5), the emitter substrate (2, 202, 203) and the collector substrate (4, 402, 403), the member facing the tip of the reinforcing projection (23, 233, 43, 433) A gap is formed between (2, 202, 203, 23, 233, 3, 4, 402, 403, 43, 433, 5) and the tip of the reinforcing protrusion (23, 233, 43, 433). In the state where the emitter substrate (2, 202, 203) or the collector substrate (4, 402, 403) is curved, the reinforcing projections (23, 233, 43, 433) Claims, characterized in that the tip, and a member (2,202,203,23,233,3,4,402,403,43,433,5) facing thereto is configured to be abutted The thermoelectric generator (102, 103, 104) according to 1 or 2 . 上記エミッタ(3)の表面(31)と上記コレクタ(5)の表面(51)とが互いに平行であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱電子発電素子(1、102、103、104)。 The thermoelectric generator ( 1) according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the surface (31) of the emitter (3) and the surface (51) of the collector (5) are parallel to each other. 1, 102, 103, 104). 上記エミッタ(3)の表面(31)と上記コレクタ(5)の表面(51)とが間隙を介して対面していることを特徴とする請求項4に記載の熱電子発電素子(1、102、103、104)。 The thermoelectron generator (1, 102 ) according to claim 4 , characterized in that the surface (31) of the emitter (3) and the surface (51) of the collector (5) face each other through a gap. , 103, 104). 上記エミッタ(3)は、半導体よりなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱電子発電素子(1、102、103、104)。 The thermoelectric generator (1, 102, 103, 104) according to any one of claims 1 to 5 , wherein the emitter (3) is made of a semiconductor. 上記エミッタ(3)は、表面が水素終端されたダイヤモンド半導体よりなることを特徴とする請求項6に記載の熱電子発電素子(1、102、103、104)。 The thermoelectric generator (1, 102, 103, 104) according to claim 6 , characterized in that the emitter (3) is made of a diamond semiconductor whose surface is hydrogen-terminated. 上記エミッタ(3)はn型またはp型のいずれかの導電型を呈するダイヤモンド半導体よりなり、上記コレクタ(5)は、n型またはp型のいずれかの導電型を呈し、かつ、上記エミッタ(3)よりもドーパント濃度の低いダイヤモンド半導体よりなることを特徴とする請求項7に記載の熱電子発電素子(1、102、103、104)。 The emitter (3) is made of a diamond semiconductor having either n-type or p-type conductivity, and the collector (5) has either n-type or p-type conductivity, and the emitter ( The thermionic power generation element (1, 102, 103, 104) according to claim 7, which is made of a diamond semiconductor having a dopant concentration lower than that of 3). 厚み方向の表面(41)が(001)面であるダイヤモンド半導体よりなる上記エミッタ基板(203)及び上記コレクタ基板(403)と、
該エミッタ基板(203)から上記コレクタ基板(403)へ向けて立設された、頂面(24)が(001)面であり、側面(25)が{110}面である略直方体状を呈する複数のエミッタ補強凸部(233)と、
該エミッタ補強凸部(233)の基部(26)に配設され、表面(31)が{111}面である上記エミッタ(3)と、
上記コレクタ基板(403)から上記エミッタ基板(203)へ向けて立設された、頂面(44)が(001)面であり、側面(45)が{110}面である略直方体状を呈する複数のコレクタ補強凸部(433)と、
該コレクタ補強凸部(433)の基部(46)に配設され、表面(51)が{111}面である上記コレクタ(5)とを有し、
上記エミッタ補強凸部(233)の頂面(25)は、上記コレクタ基板(403)と間隙を介して対面し、かつ、上記エミッタ基板(203)または上記コレクタ基板(403)が湾曲した状態において上記コレクタ基板(403)と当接可能に構成されており、
上記コレクタ補強凸部(433)の頂面(45)は、上記エミッタ基板(203)と間隙を介して対面し、かつ、上記エミッタ基板(203)または上記コレクタ基板(403)が湾曲した状態において上記エミッタ基板(203)と当接可能に構成されており、
上記エミッタ補強凸部(233)と上記コレクタ補強凸部(433)とは、側面(25、45)同士が対面するように交互に並んで配置されており、
上記エミッタ(3)の表面(31)と上記コレクタ(5)の表面(51)とは、隣り合う上記エミッタ補強凸部(233)と上記コレクタ補強凸部(433)との間において互いに平行であることを特徴とする請求項8に記載の熱電子発電素子(103)。
The emitter substrate (203) and the collector substrate (403) made of a diamond semiconductor whose surface (41) in the thickness direction is a (001) plane;
It has a substantially rectangular parallelepiped shape in which the top surface (24) is the (001) surface and the side surface (25) is the {110} surface, which is erected from the emitter substrate (203) to the collector substrate (403). A plurality of emitter reinforcing protrusions (233);
The emitter (3) disposed on the base (26) of the emitter reinforcing projection (233) and having a surface (31) of a {111} plane;
It has a substantially rectangular parallelepiped shape in which the top surface (44) is the (001) surface and the side surface (45) is the {110} surface, which is erected from the collector substrate (403) to the emitter substrate (203). A plurality of collector reinforcing protrusions (433);
The collector (5) is disposed on the base (46) of the collector reinforcing protrusion (433), and the surface (51) is a {111} plane,
The top surface (25) of the emitter reinforcing projection (233) faces the collector substrate (403) through a gap, and the emitter substrate (203) or the collector substrate (403) is curved. It is configured to be able to contact the collector substrate (403),
The top surface (45) of the collector reinforcing projection (433) faces the emitter substrate (203) through a gap, and the emitter substrate (203) or the collector substrate (403) is curved. It is configured to be able to contact the emitter substrate (203),
The emitter reinforcing protrusions (233) and the collector reinforcing protrusions (433) are alternately arranged so that the side surfaces (25, 45) face each other,
The surface (31) of the emitter (3) and the surface (51) of the collector (5) are parallel to each other between the adjacent emitter reinforcing convex portion (233) and the collector reinforcing convex portion (433). The thermoelectric generator (103) according to claim 8 , wherein the thermoelectric generator (103) is provided.
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