JP7244043B2 - 熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子、発電装置、及び熱電素子の製造方法に関する。

近年、熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生成する熱電素子の開発が盛んに行われている。特許文献１には、仕事関数差を有する電極間に発生する、絶対温度による電子放出現象を利用した熱電素子が開示されている。このような熱電素子は、電極間の温度差（ゼーベック効果）を利用した熱電素子に比較して、電極間の温度差が小さい場合であっても発電可能である。このため、より様々な用途への利用が期待されている。

特許文献１には、エミッタ電極層と、コレクタ電極層と、エミッタ電極層及びコレクタ電極層の表面に分散して配置され、エミッタ電極層とコレクタ電極層とをサブミクロン間隔で離間する電気絶縁性の球状ナノビーズとを備え、エミッタ電極層の仕事関数はコレクタ電極層の仕事関数よりも小さく、球状ナノビーズの粒子径は１００ｎｍ以下である熱電素子が開示されている。

特許第６１４７９０１号公報

ここで、異なる仕事関数を有する一対の電極部を用いた熱電素子において、電気エネルギーの発生量には、各電極部の間隔（電極間ギャップ）が影響する。特に、電極間ギャップのバラつきが悪化するにつれて、電気エネルギーの発生量が不安定となる傾向にある。

この点、特許文献１の開示技術では、球状ナノビーズを用いて各電極層を離間させている。このため、球状ビーズ径のバラつきに起因する電極間ギャップのバラつきの悪化を考慮しておらず、電気エネルギーの発生量が不安定となる恐れがある。上述した事情により、電気エネルギーの発生量の安定化が望まれている。

そこで本発明は、上述した問題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、電気エネルギーの発生量の安定化を実現できる熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法を提供することにある。

第１発明に係る熱電素子は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、第１電極部と、前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、前記孔を覆う封止部と、を備えることを特徴とする。

第２発明に係る熱電素子は、第１発明において、前記孔は、前記第１電極部及び前記第２電極部を前記第１方向に貫通することを特徴とする。

第３発明に係る熱電素子は、第１発明又は第２発明において、前記第１方向から見て、前記孔は、前記中間部の中心側に設けられることを特徴とする。

第４発明に係る熱電素子は、第２発明又は第３発明において、前記第２電極部は、前記第１方向に沿って一対の前記第１電極部の間に設けられ、前記中間部は、一方の前記第１電極部と、前記第２電極部との間、及び他方の前記第１電極部と、前記第２電極部との間に、前記孔を介して連続して設けられることを特徴とする。

第５発明に係る熱電素子は、第４発明において、前記第１方向に延在し、一対の前記第１電極部又は前記第２電極部の何れかと電気的に接続される引き出し配線をさらに備えることを特徴とする。

第６発明に係る熱電素子は、第１発明～第５発明の何れかにおいて、前記第１方向から見て、前記中間部の形状は、円形又は楕円形であることを特徴とする。

第７発明に係る熱電素子は、第１発明～第６発明の何れかにおいて、前記第１電極部と、前記第２電極部との間の電極間ギャップは、１０μｍ以下であり、前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの１／１０以下であることを特徴とする。

第８発明に係る熱電素子は、第１発明～第７発明の何れかにおいて、前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、前記絶縁膜の厚さは、２０ｎｍ以下であることを特徴とする。

第９発明に係る熱電素子は、第１発明～第８発明の何れかにおいて、前記中間部は、６０℃以上の沸点を有する溶媒を含むことを特徴とする。

第１０発明に係る熱電素子は、第１発明～第８発明の何れかにおいて、前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すことを特徴とする。

第１１発明に係る発電装置は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を備えた発電装置であって、前記熱電素子は、第１電極部と、前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、前記孔を覆う封止部と、を備えることを特徴とする。

第１２発明に係る電子機器は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、前記熱電素子は、第１電極部と、前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、前記孔を覆う封止部と、を備えることを特徴とする。

第１３発明に係る熱電素子の製造方法は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、第１方向に沿って、第１電極部、支持部、及び第２電極部を順番に積層する積層工程と、前記支持部の一部を除去し、ギャップ部を形成する除去工程と、前記ギャップ部に、ナノ粒子を含む中間部を形成する充填工程と、を備えることを特徴とする。

第１４発明に係る熱電素子の製造方法は、第１３発明において、前記除去工程は、前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかと、前記支持部とを貫通する孔を形成する工程と、前記孔を介して前記支持部の一部を除去し、前記ギャップ部を形成する工程と、を有し、前記充填工程は、前記孔を介して前記ギャップ部に前記中間部を形成することを特徴とする。

第１５発明に係る熱電素子の製造方法は、第１３発明又は第１４発明において、前記除去工程は、等方性エッチング法を用いて前記支持部の一部を除去することを特徴とする。

第１発明～第１２発明によれば、支持部は、第１電極部と、第２電極との間に一体に設けられる。このため、一体の支持部によって各電極部の間隔（電極間ギャップ）が形成されるため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

また、第１発明～第１２発明によれば、一体に設けられた支持部は、中間部を囲む。このため、熱電素子の側面から中間部が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

第１発明～第１２発明によれば、孔は、第１電極部及び第２電極部の少なくとも何れかを貫通する。このため、孔を介して中間部の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子の使用に伴い中間部を交換する必要が発生した場合、容易に中間部の交換を実施することが可能となる。

特に、第３発明によれば、第１方向から見て、孔は、中間部の中心側に設けられる。このため、孔を介して中間部を均一に充填することができる。これにより、中間部の充填度を向上させることが可能となる。

特に、第４発明によれば、中間部は、一方の第１電極部と、第２電極部との間、及び他方の第１電極部と、第２電極部との間に、孔を介して連続して設けられる。このため、中間部を充填する際、一度に充填することができる。これにより、製造工程のさらなる簡略化、及び中間部の交換をさらに容易に実施することができる。また、第２電極部の両面を用いて電気エネルギーを発生させることができる。これにより、電気エネルギーの発生量の増加を図ることが可能となる。

特に、第５発明によれば、引き出し配線は、第１方向に延在し、一対の第１電極部又は第２電極部の何れかと電気的に接続される。このため、各電極部の積層数の増加に伴う配線の増加を抑制することができる。これにより、熱電素子の小型化を図ることが可能となる。

特に、第７発明によれば、ナノ粒子の直径は、電極間ギャップの１／１０以下である。このため、第１電極部と、第２電極部との間に、ナノ粒子を含む中間部を容易に形成することができる。これにより、熱電素子を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。

特に、第８発明によれば、ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有する。このため、第１電極部から生成した電子は、例えばトンネル効果等によりナノ粒子間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量をさらに増加させることが可能となる。

特に、第９発明によれば、中間部は、６０℃以上の沸点を有する溶媒を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒の気化を抑制することができる。これにより、溶媒の気化に伴う熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。

特に、第１０発明によれば、中間部は、ナノ粒子のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子が用いられた場合においても、溶媒等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子の劣化を抑制することが可能となる。

第１３発明～第１５発明によれば、除去工程は、支持部の一部を除去し、ギャップ部を形成し、充填工程は、ギャップ部に中間部を形成する。このため、各電極部の間隔（電極間ギャップ）は、支持部を積層する際の精度に依存する。このため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

特に、第１４発明によれば、除去工程は、孔を介して支持部の一部を除去し、ギャップ部を形成する。すなわち、支持部の未除去部に囲まれた状態で、中間部が形成される。このため、熱電素子の側面から中間部が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

特に、第１５発明によれば、除去工程には、等方性エッチング方法が用いられる。このため、第１電極部及び第２電極部に挟まれた支持部を容易に除去することができる。これにより、高精度の電極間ギャップを容易に形成することが可能となる。

図１（ａ）は、第１実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電素子の一例を示す模式平面図である。 図２（ａ）は、第１実施形態に係る発電装置及び熱電素子の他の例を示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電素子の他の例を示す模式平面図である。 図３（ａ）は中間部の一例を示す模式断面図であり、図３（ｂ）は中間部の他の例を示す模式断面図である。 図４は、第１実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１実施形態に係る熱電素子の製造方法の一例を示す模式断面図である。 図６（ａ）は、第２実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る熱電素子の一例を示す模式平面図である。 図７（ａ）は、第３実施形態に係る発電装置及び熱電素子の一例を示す模式断面図であり、図７（ｂ）は、第３実施形態に係る熱電素子の一例を示す模式平面図である。 図８（ａ）～図８（ｄ）は、熱電素子を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図であり、図８（ｅ）～図８（ｈ）は、熱電素子を含む発電装置を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。

以下、本発明の実施形態における熱電素子、発電装置、電子機器、及び熱電素子の製造方法それぞれの一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、各電極が積層される高さ方向を第１方向Ｚとし、第１方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第２方向Ｘとし、第１方向Ｚ及び第２方向Ｘのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第３方向Ｙとする。

（第１実施形態）
＜発電装置１００＞
図１は、第１実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を示す模式図である。図１（ａ）は、第１実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を示す模式断面図であり、図１（ｂ）は、第１実施形態に係る熱電素子１の一例を示す模式平面図である。図１（ａ）に示された熱電素子１の断面は、図１（ｂ）中の１Ａ－１Ａ線に沿う。

図１に示すように、発電装置１００は、第１実施形態に係る熱電素子１と、第１配線１０１と、第２配線１０２とを含む。熱電素子１は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。このような熱電素子１を備えた発電装置１００は、例えば、図示せぬ熱源に搭載又は設置され、熱源の熱エネルギーを元として、熱電素子１が発生させた電気エネルギーを、第１配線１０１及び第２配線１０２を介して負荷Ｒへ出力する。負荷Ｒの一端は第１配線１０１と電気的に接続され、他端は第２配線１０２と電気的に接続される。負荷Ｒは、例えば電気的な機器を示している。負荷Ｒは、発電装置１００を主電源又は補助電源に用いて駆動される。

熱電素子１の熱源としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子デバイス又は電子部品、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子、自動車等のエンジン、及び工場の生産設備、人体、太陽光、及び環境温度等を利用することができる。例えば、電子デバイス、電子部品、発光素子、エンジン、及び生産設備等は人工熱源である。人体、太陽光、及び環境温度等は自然熱源である。熱電素子１を備えた発電装置１００は、例えばＩｏＴ（Internet of Things）デバイス及びウェアラブル機器等のモバイル機器や自立型センサ端末の内部に設けることができ、電池の代替又は補助として用いることができる。さらに、発電装置１００は、太陽光発電等のような、より大型の発電装置への応用も可能である。

＜熱電素子１＞
熱電素子１は、例えば、上記人工熱源が発した熱エネルギー、又は上記自然熱源が持つ熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、電流を生成する。熱電素子１は、発電装置１００内に設けるだけでなく、熱電素子１自体を、上記モバイル機器や上記自立型センサ端末等の内部に設けることもできる。この場合、熱電素子１自体が、上記モバイル機器又は上記自立型センサ端末等の、電池の代替部品又は補助部品となる。

熱電素子１は、第１電極部１１と、第２電極部１２と、中間部１３と、支持部１４とを備える。

第２電極部１２は、第１電極部１１と第１方向Ｚに離間して対向する。第２電極部１２は、第１電極部１１とは異なった仕事関数を有する。熱電素子１では、第１電極部１１は、例えば白金（仕事関数：約５．６５ｅＶ）を含み、第２電極部１２は、例えばタングステン（仕事関数：約４．５５ｅＶ）を含む。仕事関数が大きい電極部はアノード（コレクタ電極）として機能し、仕事関数が小さい電極部はカソード（エミッタ電極）として機能する。熱電素子１では、第１電極部１１がアノードであり、第２電極部１２がカソードである。なお、第１電極部１１をカソードとし、第２電極部１２をアノードとしてもよい。

このような熱電素子１では、仕事関数差を有する第１電極部１１と第２電極部１２との間に発生する、絶対温度による電子放出現象が利用される。このため、熱電素子１は、第１電極部１１と第２電極部１２との温度差が小さい場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる。さらに、熱電素子１は、第１電極部１１と第２電極部１２との間に温度差がない場合であっても、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。

第１電極部１１は、例えば第１端子１１１を介して第１配線１０１と電気的に接続される。第２電極部１２は、例えば第２端子１１２を介して第２配線１０２と電気的に接続される。なお、第１端子１１１及び第２端子１１２は、省略してもよい。

中間部１３は、第１電極部１１と第２電極部１２との間に設けられる。中間部１３は、ナノ粒子を含む。中間部１３は、例えば、第２電極部（カソード）１２から放出された電子を、第１電極部（アノード）１１へと移動させる部分である。

支持部１４は、第１電極部１１と、第２電極部１２との間に一体に設けられ、中間部１３を囲む。例えば第１方向Ｚから見て、支持部１４は中間部１３を円状又は楕円状に囲み、中間部１３の形状は、円形又は楕円形である。支持部１４の形状は、例えば１つの円形の貫通孔、又は１つの楕円形の貫通孔を有した矩形である。

支持部１４は、絶縁性を有する。支持部１４として、例えばシリコン酸化膜のほか、ポリイミド、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、又はポリスチレン等のポリマーが用いられる。

熱電素子１は、例えば第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂの少なくとも何れかを有する基板１５を備えてもよい。第１電極部１１は、第１基板１５ａ上に設けられる。第１基板１５ａは、例えば絶縁性を有し、板状の石英を含む。第２電極部１２上には、第２基板１５ｂが設けられる。第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂは、中間部１３及び支持部１４と離間する。

熱電素子１は、例えば孔１６と、封止部１７とを備えてもよい。孔１６は、第１電極部１１及び第２電極部１２の少なくとも何れかを、第１方向Ｚに貫通する。孔１６は、例えば第１基板１５ａ又は第２基板１５ｂを貫通する。

第１方向Ｚから見て、孔１６は、例えば中間部１３の中心側に設けられる。孔１６は、円状に形成されるほか、例えば楕円状等に形成されてもよく、孔１６が形成される数は任意である。第１方向Ｚに沿って、孔１６は、テーパ状に形成されるほか、例えば逆テーパ状又はストレート状に形成されてもよい。

封止部１７は、孔１６の外側を覆い、貫通された基板１５上に設けられるほか、例えば貫通された第１電極部１１上又は第２電極部１２上に設けられてもよい。封止部１７は、例えば孔１６の中に形成されてもよい。封止部１７として、例えば絶縁性樹脂を含む。絶縁性樹脂の例としては、フッ素系絶縁性樹脂を挙げることができる。

熱電素子１は、ギャップ部１３ａを含む。ギャップ部１３ａは、例えば外界から隔離された空間を含む。ギャップ部１３ａは、例えば第１電極部１１、第２電極部１２、及び支持部１４のそれぞれによって区画されている。中間部１３は、ギャップ部１３ａ内に設けられる。中間部１３は、ギャップ部１３ａ内において、例えば第１電極部１１、第２電極部１２、及び支持部１４のそれぞれと接し、例えば孔１６を介して封止部１７と接する。

以下、第１実施形態に係る熱電素子１及び発電装置１００の構成を、さらに詳細に説明する。

＜＜第１電極部１１及び第２電極部１２＞＞
第１電極部１１及び第２電極部１２それぞれの第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば１ｎｍ以上１ｍｍ以下でもよく、好ましくは１ｎｍ以上１μｍ以下、より好ましくは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第１電極部１１と第２電極部１２との間の第１方向Ｚに沿った距離（電極間ギャップ）は、例えば、１０μｍ以下の有限値である。より好ましくは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

第１電極部１１及び第２電極部１２それぞれの第１方向Ｚに沿った厚さ、並びに電極間ギャップのそれぞれを、上記範囲内に設定することにより、例えば、熱電素子１の第１方向Ｚに沿った厚さを薄くできる。これは、例えば、複数の熱電素子１を、第１方向Ｚに沿ってスタックさせる場合に有効である。また、各電極部１１、１２の平面バラつきを抑えることができ、電気エネルギーの発生量の安定性を向上させることができる。上記に加え、電極間ギャップを、上記範囲内に設定することにより、電子を効率良く放出させることが可能になるとともに、電子を第２電極部（カソード）１２から第１電極部（アノード）１１へ、効率よく移動させることも可能となる。

第１電極部１１の材料、及び第２電極部１２の材料は、例えば、以下に示す金属から選ぶことができる。
白金（Ｐｔ）
タングステン（Ｗ）
アルミニウム（Ａｌ）
チタン（Ｔｉ）
ニオブ（Ｎｂ）
モリブデン（Ｍｏ）
タンタル（Ｔａ）
レニウム（Ｒｅ）
熱電素子１では、第１電極部１１と第２電極部１２との間に仕事関数差が生じればよい。したがって、第１電極部１１及び第２電極部１２の材料には、上記以外の金属を選ぶことが可能である。第１電極部１１及び第２電極部１２の材料として、金属のほか、合金、金属間化合物、及び金属化合物を選ぶことも可能である。金属化合物は、金属元素と非金属元素とが化合したものである。このような金属化合物の例としては、例えば六ホウ化ランタン（ＬａＢ₆）を挙げることができる。

第１電極部１１及び第２電極部１２の材料として、非金属導電物を選ぶことも可能である。非金属導電物の例としては、シリコン（Ｓｉ：例えばｐ型Ｓｉ、あるいはｎ型Ｓｉ）、及びグラフェン等のカーボン系材料等を挙げることができる。

第１電極部１１又は第２電極部１２の材料として、高融点金属（refractory metal）以外の材料を選ぶと、以下に説明される利点を、さらに得ることができる。本明細書において、高融点金属は、例えば、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＲｅとする。第１電極部（アノード）１１に、例えばＰｔを用いた場合、第２電極部（カソード）１２には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、及びＬａＢ₆の少なくとも１つを用いることが好ましい。

Ａｌ及びＴｉの融点は、上記高融点金属より低い。したがって、Ａｌ及びＴｉからは、上記高融点金属に比較して、加工しやすい、という利点を得ることができる。

Ｓｉは、上記高融点金属に比較して、その形成が、さらに容易である。したがって、Ｓｉからは、上記加工のしやすさに加え、熱電素子１の生産性がより向上する、という利点を、さらに得ることができる。

ＬａＢ₆の融点は、Ｔｉ及びＮｂより高い。しかし、ＬａＢ₆の融点は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＲｅより低い。ＬａＢ₆は、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＲｅに比較して加工しやすい。しかも、ＬａＢ₆の仕事関数は、約２．５～２．７ｅＶである。ＬａＢ₆は、上記高融点金属に比較して電子を放出させやすい。したがって、ＬａＢ₆からは、熱電素子１の発電効率の更なる向上が可能、という利点を、さらに得ることができる。

なお、第１電極部１１及び第２電極部１２のそれぞれの構造は、上記材料を含む単層構造の他、上記材料を含む積層構造とされてもよい。

熱電素子１は、例えば図２に示すように、第１電極部１１及び第２電極部１２を第１方向Ｚに複数積層した構造を有してもよい。第２電極部１２は、例えば第１方向Ｚに沿って一対の第１電極部１１ａ、１１ｂの間に設けられる。

中間部１３は、一方の第１電極部１１ａと、第２電極部１２との間、及び他方の第１電極部１１ｂと、第２電極部１２との間に設けられ、例えば孔１６を介して連続して設けられる。この場合、第２電極部１２は、第１方向Ｚと交わる１対の主面において中間部１３と接する。

支持部１４は、一方の第１電極部１１ａと、第２電極部１２との間、及び他方の第１電極部１１ｂと、第２電極部１２との間に設けられ、例えばそれぞれ離間して２つ設けられる。

なお、図２では、一対の第１電極部１１ａ、１１ｂ及び第２電極部１２の積層構造を示すが、第１電極部１１及び第２電極部１２の積層数は任意である。積層された各電極部１１、１２の間には、それぞれ支持部１４が設けられる。

＜＜中間部１３＞＞
図３（ａ）は、中間部１３の一例を示す模式断面図である。図３（ａ）に示すように、中間部１３は、例えば、複数のナノ粒子１３１と、溶媒１３２と、を含む。複数のナノ粒子１３１は、溶媒１３２内に分散される。中間部１３は、例えば、ナノ粒子１３１が分散された溶媒１３２を、ギャップ部１３ａ内に充填することで得られる。

ナノ粒子１３１は、例えば導電物を含む。ナノ粒子１３１の仕事関数の値は、例えば、第１電極部１１の仕事関数の値と、第２電極部１２の仕事関数の値との間にある。例えば、ナノ粒子１３１の仕事関数の値は、３．０ｅＶ以上５．５ｅＶ以下の範囲とされる。これにより、第１電極部１１と第２電極部１２との間に放出された電子ｅを、ナノ粒子１３１を介して、例えば、第２電極部（カソード）１２から第１電極部（アノード）１１へと移動させることができる。これにより、中間部１３内にナノ粒子１３１がない場合に比較して、電気エネルギーの発生量をさらに増加させることが可能となる。

ナノ粒子１３１の材料の例としては、金及び銀の少なくとも１つを選ぶことができる。なお、ナノ粒子１３１の仕事関数の値は、第１電極部１１の仕事関数の値と、第２電極部１２の仕事関数の値との間にあればよい。したがって、ナノ粒子１３１の材料には、金及び銀以外の導電性材料を選ぶことも可能である。

ナノ粒子１３１の粒子径は、例えば、電極間ギャップの１／１０以下の有限値とされる。具体的には、ナノ粒子１３１の粒子径は、２ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。また、ナノ粒子１３１は、例えば、平均粒径（例えばＤ５０）３ｎｍ以上８ｎｍ以下の粒子径を有してもよい。平均粒径は、例えば粒度分布計測器を用いることで、測定することができる。粒度分布計測器としては、例えば、レーザー回折散乱法を用いた粒度分布計測器（例えばMicrotracBEL製Nanotrac WaveII-EX150等）を用いればよい。ナノ粒子１３１の粒子径を、例えば、電極間ギャップの１／１０以下とすると、ギャップ部１３ａ内に、ナノ粒子１３１を含む中間部１３を形成し易くなる。これにより、熱電素子１の生産に際し、作業性を向上させることもできる。

ナノ粒子１３１は、その表面に、例えば絶縁膜１３１ａを有する。絶縁膜１３１ａの材料の例としては、絶縁性金属化合物及び絶縁性有機化合物の少なくとも１つを選ぶことができる。絶縁性金属化合物の例としては、例えば、シリコン酸化物及びアルミナ等を挙げることができる。絶縁性有機化合物の例としては、アルカンチオール（例えばドデカンチオール）等を挙げることができる。絶縁膜１３１ａの厚さは、例えば２０ｎｍ以下の有限値である。このような絶縁膜１３１ａをナノ粒子１３１の表面に設けておくと、電子ｅは、例えば、第２電極部（カソード）１２とナノ粒子１３１との間、及びナノ粒子１３１と第１電極部（アノード）１１との間を、トンネル効果を利用して移動できる。このため、例えば、熱電素子１の発電効率の向上が期待できる。

溶媒１３２には、例えば、沸点が６０℃以上の液体を用いることができる。このため、室温（例えば１５℃～３５℃）以上の環境下において、熱電素子１を用いた場合であっても、溶媒１３２の気化を抑制することができる。これにより、溶媒１３２の気化に伴う熱電素子１の劣化を抑制することができる。液体の例としては、有機溶媒及び水の少なくとも１つを選ぶことができる。有機溶媒の例としては、メタノール、エタノール、トルエン、キシレン、テトラデカン、及びアルカンチオール等を挙げることができる。溶媒１３２は、電気的抵抗値が高く、絶縁性である液体がよい。

図３（ｂ）は、中間部１３の他の例を示す模式断面図である。図３（ｂ）に示すように、中間部１３は、溶媒１３２を含まず、ナノ粒子１３１のみを含むようにしてもよい。

中間部１３が、ナノ粒子１３１のみを含むことで、例えば、熱電素子１を、高温の環境下に用いる場合であっても、溶媒１３２の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子１の劣化を抑制することが可能となる。

＜＜第１基板１５ａ、第２基板１５ｂ＞＞
第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂのそれぞれの第１方向Ｚに沿った厚さは、例えば１０μｍ以上２ｍｍ以下である。第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂのそれぞれの材料としては、絶縁性の材料を選ぶことができる。絶縁性の材料の例としては、シリコン、石英、ガラス、及び絶縁性樹脂等を挙げることができる。

第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂのそれぞれは、薄板状であっても、フレキシブルなフィルム状であってもよい。例えば、第１基板１５ａ又は第２基板１５ｂを、フレキシブルなフィルム状とする場合には、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate）、ＰＣ（polycarbonate）、及びポリイミド等を用いることができる。

第１基板１５ａと第２基板１５ｂと間には、第１電極部１１、第２電極部１２、中間部１３、及び支持部１４のそれぞれが挟まれる。このため、第１基板１５ａ及び第２基板１５ｂを備えることで、第１電極部１１、第２電極部１２、中間部１３、及び支持部１４のそれぞれの、外力や環境変化に伴った劣化や変形を抑制することもできる。したがって、熱電素子１の耐久性を高めることが可能である。

＜＜第１配線１０１及び第２配線１０２＞＞
第１配線１０１及び第２配線１０２のそれぞれには、導電性を有する材料が用いられる。第１配線１０１及び第２配線１０２のそれぞれの材料の例としては、ニッケル、銅、銀、金、タングステン、及びチタンを挙げることができる。第１配線１０１及び第２配線１０２のそれぞれの構造は、熱電素子１において生成された電流を負荷Ｒへ供給できる構造であれば、任意に設計することができる。

＜熱電素子１の動作＞
熱エネルギーが熱電素子１に与えられると、例えば、第２電極部１２（カソード）から中間部１３に向けて電子ｅが放出される。放出された電子ｅは、中間部１３から第１電極部１１（アノード）へと移動する（図３（ａ）又は図３（ｂ）参照）。電流は、第１電極部１１から第２電極部１２に向かって流れる。このようにして、熱エネルギーが電気エネルギーに変換される。

放出される電子ｅの量は、熱エネルギーに依存する他、第１電極部１１（アノード）の仕事関数と、第２電極部１２（カソード）の仕事関数との差に依存する。また、放出される電子ｅの量は、第２電極部１２の仕事関数が小さい材料ほど、多くなる傾向がある。

移動する電子ｅの量は、例えば、第１電極部１１と第２電極部１２との仕事関数差を大きくすること、及び電極間ギャップを小さくすることで増やすことができる。例えば、熱電素子１が発生させる電気エネルギーの量は、上記仕事関数差を大きくすること、及び上記電極間ギャップを小さくすること、の少なくとも何れか１つを考慮することで増加させることができる。

＜熱電素子１の製造方法＞
次に、熱電素子１の製造方法の一例を、説明する。図４は、第１実施形態に係る熱電素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１実施形態に係る熱電素子１の製造方法の一例を示す模式断面図である。

＜積層工程Ｓ１１０＞
先ず、図４及び図５（ａ）に示すように、第１方向Ｚに沿って、第１電極部１１、支持部１４、及び第２電極部１２を順番に積層する（積層工程Ｓ１１０）。積層工程Ｓ１１０では、例えば第２電極部１２の上に支持部１４、及び第１電極部１１ｂを順番に積層してもよい。すなわち積層工程Ｓ１１０では、間に支持部１４を介して、任意の数の第１電極部１１及び第２電極部１２を交互に積層することができる。なお、第１電極部１１、支持部１４、及び第２電極部１２を積層したあと、第２基板１５ｂを形成してもよい。

積層工程Ｓ１１０は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて、第１電極部１１、支持部１４、及び第２電極部１２を形成するほか、例えばスクリーン印刷法、インクジェット法、及びスプレイ印刷法等を用いて形成してもよい。

例えば、第１電極部１１として白金が用いられ、第２電極部１２としてタングステンが用いられ、支持部１４としてシリコン酸化膜が用いられるほか、それぞれ上述した材料が用いられてもよい。

＜除去工程Ｓ１２０＞
次に、支持部１４の一部を除去して、ギャップ部１３ａを形成する（除去工程Ｓ１２０）。除去工程Ｓ１２０は、例えば図５（ｂ）に示すように、積層工程Ｓ１１０のあと、第１電極部１１及び第２電極部１２の少なくとも何れかと、支持部１４とを貫通する孔１６を形成する工程を有する。孔１６は、例えば第１方向Ｚに沿って、第２基板１５ｂから第１電極部１１ａ上まで形成される。除去工程Ｓ１２０では、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等の異方性エッチング法を用いて、孔１６を形成する。

その後、例えば図５（ｃ）に示すように、孔１６を介して支持部１４の一部を除去し、ギャップ部１３ａを形成する。除去工程Ｓ１２０では、例えばウェットエッチング法等による等方性エッチング法を用いて、図５（ｃ）の矢印に示す方向に、支持部１４を除去する。このとき、第１方向Ｚから見て支持部１４は、孔１６を中心として等方的に除去される。

除去工程Ｓ１２０では、支持部１４を完全に除去しない。このため、第１電極部１１及び第２電極部１２は、積層された状態を維持する。

＜充填工程Ｓ１３０＞
次に、ギャップ部１３ａに、中間部１３を形成する（充填工程Ｓ１３０）。充填工程Ｓ１３０では、例えば図５（ｄ）に示すように、孔１６を介してギャップ部１３ａに中間部１３を形成する。中間部１３は、例えば毛細管現象（毛細管力）によって、孔１６を介してギャップ部１３ａ内に充填及び保持される。中間部１３は、例えばインクジェット法により、ギャップ部１３ａ内に充填される。

充填工程Ｓ１３０では、例えばギャップ部１３ａが第１方向Ｚに複数形成されている場合、孔１６を介すことで、複数のギャップ部１３ａに中間部１３を一度に充填することができる（図５（ｄ）の矢印参照）。このため、各電極部１１、１２が複数積層される場合においても、中間部１３を充填する時間を削減することができる。

その後、例えば図１（ａ）に示した封止部１７を、孔１６を覆うように形成する。これにより、第１実施形態に係る熱電素子１が形成される。

なお、発電装置１００を得るには、例えば、第１配線１０１を第１電極部１１に接続し、第２配線１０２を第２電極部１２に接続すればよい。発電装置１００を使用する際には、第１配線１０１と第２配線１０２との間に、負荷Ｒを接続すればよい。

第１実施形態に係る熱電素子１によれば、支持部１４は、第１電極部１１と、第２電極部１２との間に一体に設けられる。このため、一体の支持部１４によって各電極部１１、１２の間隔（電極間ギャップ）が形成されるため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、一体に設けられた支持部１４は、中間部１３を囲む。このため、熱電素子１の側面から中間部１３が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、孔１６は、第１電極部１１及び第２電極部１２の少なくとも何れかを貫通する。このため、孔１６を介して中間部１３の充填が容易に実施できる。これにより、製造工程の簡易化を図ることが可能となる。また、熱電素子１の使用に伴い中間部１３を交換する必要が発生した場合、容易に中間部１３の交換を実施することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、第１方向Ｚから見て、孔１６は、中間部１３の中心側に設けられる。このため、孔１６を介して中間部１３を均一に充填することができる。これにより、中間部１３の充填度を向上させることが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、中間部１３は、一方の第１電極部１１ａと、第２電極部１２との間、及び他方の第１電極部１１ｂと、第２電極部１２との間に、孔１６を介して連続して設けられる。このため、中間部１３を充填する際、一度に充填することができる。これにより、製造工程のさらなる簡略化、及び中間部１３の交換をさらに容易に実施することができる。また、第２電極部１２の両面を用いて電気エネルギーを発生させることができる。これにより、電気エネルギーの発生量の増加を図ることが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、ナノ粒子１３１の直径は、電極間ギャップの１／１０以下である。このため、第１電極部１１と、第２電極部１２との間に、ナノ粒子１３１を含む中間部１３を容易に形成することができる。これにより、熱電素子１を製造するとき、作業性の向上を図ることが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、ナノ粒子１３１は、表面に設けられた絶縁膜１３１ａを有する。このため、第１電極部１１から生成した電子ｅは、例えばトンネル効果等によりナノ粒子１３１間を容易に移動することができる。これにより、電気エネルギーの発生量をさらに増加させることが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、ナノ粒子１３１は、第１電極部１１の仕事関数と、第２電極部１２の仕事関数との間の仕事関数を有する。このため、第１電極部１１から生成した電子ｅは、ナノ粒子１３１を介して容易に第２電極部１２に伝搬することができる。これにより、電気エネルギーの発生量をさらに増加させることが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、中間部１３は、６０℃以上の沸点を有する溶媒１３２を含む。このため、室温以上の環境下に熱電素子１が用いられた場合においても、溶媒１３２の気化を抑制することができる。これにより、溶媒１３２の気化に伴う熱電素子１の劣化を抑制することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１によれば、中間部１３は、ナノ粒子１３１のみが充填された状態を示す。このため、高温の環境下に熱電素子１が用いられた場合においても、溶媒等の気化を考慮する必要が無い。これにより、高温の環境下における熱電素子１の劣化を抑制することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１の製造方法によれば、除去工程Ｓ１２０は、支持部１４の一部を除去し、ギャップ部１３ａを形成し、充填工程Ｓ１３０は、ギャップ部１３ａに中間部１３を形成する。このため、各電極部１１、１２の間隔（電極間ギャップ）は、支持部１４を積層する際の精度に依存する。このため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１の製造方法によれば、除去工程Ｓ１２０は、孔１６を介して支持部１４の一部を除去し、ギャップ部１３ａを形成する。すなわち、支持部１４の未除去部に囲まれた状態で、中間部１３が形成される。このため、熱電素子１の側面から中間部１３が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

また、第１実施形態に係る熱電素子１の製造方法によれば、除去工程Ｓ１２０には、等方性エッチング方法が用いられる。このため、第１電極部１１及び第２電極部１２に挟まれた支持部１４を容易に除去することができる。これにより、高精度の電極間ギャップを容易に形成することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を、説明する。図６（ａ）は、第２実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を示す模式断面図であり、図６（ｂ）は、第２実施形態に係る熱電素子１の一例を示す模式平面図である。図６（ａ）に示された熱電素子１の断面は、図６（ｂ）中の６Ａ－６Ａ線に沿う。

上述した実施形態と、第２実施形態との違いは、引き出し配線１８を備える点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

＜引き出し配線１８＞
熱電素子１は、例えば図６（ａ）に示すように、第１電極部１１と電気的に接続される第１引き出し配線１８ａと、第２電極部１２と電気的に接続される第２引き出し配線１８ｂとを有する。

第１引き出し配線１８ａは、第１方向Ｚに延在し、一対の第１電極部１１ａ、１１ｂと電気的に接続される。第１引き出し配線１８ａは、例えば第２基板１５ｂ、他方の第１電極部１１ｂ、支持部１４、及び第２電極部１２の一部分を貫通し、一方の第１電極部１１ａと接する。第１引き出し配線１８ａの上面は、例えば第１端子１１１を介して第１配線１０１と電気的に接続される。

第２電極部１２は、中間部１３と接する主部分と、第１引き出し配線１８ａと接する一部分との間に離間部を有し、それぞれ離間して設けられる。このため、第２電極部１２のうち、第１電極部１１に対して電子ｅを供給する主部分は、第１引き出し配線１８ａと電気的に離間して設けられる。

第２引き出し配線１８ｂは、第１方向Ｚに延在し、第２電極部１２と電気的に接続される。第２引き出し配線１８ｂは、例えば第２基板１５ｂ、他方の第１電極部１１ｂの一部分、及び支持部１４を貫通し、第２電極部１２と接するほか、例えば第２電極部１２を貫通して一方の第１電極部１１ａの一部分と接してもよい。第２引き出し配線１８ｂの上面は、例えば第２端子１１２を介して第２配線１０２と電気的に接続される。

各第１電極部１１ａ、１１ｂは、中間部１３と接する主部分と、第２引き出し配線１８ｂと接する一部分との間に離間部を有し、それぞれ離間して設けられる。このため、各第１電極部１１ａ、１１ｂのうち、第２電極部１２から電子ｅを受け取る主部分は、第２引き出し配線１８ｂと電気的に離間して設けられる。

第２実施形態に係る熱電素子１によれば、上述した実施形態と同様に、支持部１４は、第１電極部１１と、第２電極部１２との間に一体に設けられる。このため、一体の支持部１４によって各電極部１１、１２の電極間ギャップが形成されるため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

また、第２実施形態に係る熱電素子１によれば、上述した実施形態と同様に、一体に設けられた支持部１４は、中間部１３を囲む。このため、熱電素子１の側面から中間部１３が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

第２実施形態に係る熱電素子１によれば、引き出し配線１８は、第１方向Ｚに延在し、一対の第１電極部１１ａ、１１ｂ又は第２電極部１２の何れかと電気的に接続される。このため、各電極部１１、１２の積層数の増加に伴う配線の増加を抑制することができる。これにより、熱電素子１の小型化を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を、説明する。図７（ａ）は、第３実施形態に係る発電装置１００及び熱電素子１の一例を示す模式断面図であり、図７（ｂ）は、第３実施形態に係る熱電素子１の一例を示す模式平面図である。図７（ａ）に示された熱電素子１の断面は、図７（ｂ）中の７Ａ－７Ａ線に沿う。

上述した第２実施形態と、第３実施形態との違いは、引き出し配線１８が熱電素子１の側面に設けられる点である。なお、上述した実施形態と同様の構成については、説明を省略する。

＜引き出し配線１８＞
熱電素子１は、例えば図７（ａ）に示すように、第１電極部１１と電気的に接続される第１引き出し配線１８ａと、第２電極部１２と電気的に接続される第２引き出し配線１８ｂとを有する。

第１引き出し配線１８ａは、第１方向Ｚに延在し、一対の第１電極部１１ａ、１１ｂと電気的に接続される。第１引き出し配線１８ａは、例えば第１方向Ｚ及び第３方向Ｙに延在する。

第１引き出し配線１８ａは、例えば第２基板１５ｂの側面、他方の第１電極部１１ｂの側面、支持部１４の側面、及び一方の第１電極部１１ａの側面と接し、例えば第１基板１５ａの側面と接してもよい。第１引き出し配線１８ａの上面は、例えば第１端子１１１を介して第１配線１０１と電気的に接続される。第２電極部１２は、支持部１４を介して第１引き出し配線１８ａと離間する。

第２引き出し配線１８ｂは、第１方向Ｚに延在し、第２電極部１２と電気的に接続される。第２引き出し配線１８ｂは、例えば第１方向Ｚ及び第３方向Ｙに延在する。

第２引き出し配線１８ｂは、例えば第２基板１５ｂの側面、及び支持部１４の側面と接し、例えば第１基板１５ａと接してもよい。第２引き出し配線１８ｂの上面は、例えば第２端子１１２を介して第２配線１０２と電気的に接続される。各第１電極部１１ａ、１１ｂは、支持部１４を介して第２引き出し配線１８ｂと離間する。

第３実施形態に係る熱電素子１によれば、上述した実施形態と同様に、支持部１４は、第１電極部１１と、第２電極部１２との間に一体に設けられる。このため、一体の支持部１４によって各電極部１１、１２の電極間ギャップが形成されるため、球状ナノビーズ等を用いた場合に比べて、電極間ギャップを高精度に形成することができる。これにより、電気エネルギーの発生量の安定化を実現することが可能となる。

また、第３実施形態に係る熱電素子１によれば、上述した実施形態と同様に、一体に設けられた支持部１４は、中間部１３を囲む。このため、熱電素子１の側面から中間部１３が漏れることを防ぐことができる。これにより、品質の安定化を実現することが可能となる。

第３実施形態に係る熱電素子１によれば、上述した第２実施形態と同様に、引き出し配線１８は、第１方向Ｚに延在し、一対の第１電極部１１ａ、１１ｂ又は第２電極部１２の何れかと電気的に接続される。このため、各電極部１１、１２の積層数の増加に伴う配線の増加を抑制することができる。これにより、熱電素子１の小型化を図ることが可能となる。

（第４実施形態）
＜電子機器＞
実施形態のそれぞれにおいて説明した熱電素子及び発電装置は、例えば電子機器に搭載することが可能である。以下、電子機器の実施形態のいくつかを説明する。

図８（ａ）～図８（ｄ）は、熱電素子を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。図８（ｅ）～図８（ｈ）は、熱電素子を含む発電装置を備えた電子機器の例を示す模式ブロック図である。

図８（ａ）に示すように、電子機器（エレクトリックプロダクト）５００は、電子部品（エレクトロニックコンポーネント）５０１と、主電源５０２と、補助電源５０３と、を備えている。電子機器５００及び電子部品５０１のそれぞれは、電気的な機器(エレクトリカルデバイス)である。

電子部品５０１は、主電源５０２を電源に用いて駆動される。電子部品５０１の例としては、例えば、ＣＰＵ、モーター、センサ端末、及び照明等を挙げることができる。電子部品５０１が、例えばＣＰＵである場合、電子機器５００には、内蔵されたマスター（ＣＰＵ）によって制御可能な電子機器が含まれる。電子部品５０１が、例えば、モーター、センサ端末、及び照明等の少なくとも１つを含む場合、電子機器５００には、外部にあるマスター、あるいは人によって制御可能な電子機器が含まれる。

主電源５０２は、例えば電池である。電池には、充電可能な電池も含まれる。主電源５０２のプラス端子（＋）は、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）と電気的に接続される。主電源５０２のマイナス端子（－）は、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）と電気的に接続される。

補助電源５０３は、熱電素子である。熱電素子は、実施形態のそれぞれにおいて説明した熱電素子１の少なくとも１つを含む。熱電素子１のアノード（例えば第１電極部１１）は、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）、又は主電源５０２のマイナス端子（－）、又はＧＮＤ端子（ＧＮＤ）とマイナス端子（－）とを接続する配線と、電気的に接続される。熱電素子１のカソード（例えば第２電極部１２）は、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）、又は主電源５０２のプラス端子（＋）、又はＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）とプラス端子（＋）とを接続する配線と、電気的に接続される。電子機器５００において、補助電源５０３は、例えば主電源５０２と併用され、主電源５０２をアシストするための電源や、主電源５０２の容量が切れた場合、主電源５０２をバックアップするための電源として使うことができる。主電源５０２が充電可能な電池である場合には、補助電源５０３は、さらに、電池を充電するための電源としても使うことができる。

図８（ｂ）に示すように、主電源５０２は、熱電素子１とされてもよい。熱電素子１のアノードは、電子部品５０１のＧＮＤ端子（ＧＮＤ）と電気的に接続される。熱電素子１のカソードは、電子部品５０１のＶｃｃ端子（Ｖｃｃ）と電気的に接続される。図８（ｂ）に示す電子機器５００は、主電源５０２として使用される熱電素子１と、熱電素子１を用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を備えている。熱電素子１は、独立した電源（例えばオフグリッド電源）である。このため、電子機器５００は、例えば自立型（スタンドアローン型）にできる。しかも、熱電素子１は、環境発電型（エナジーハーベスト型）である。図８（ｂ）に示す電子機器５００は、電池の交換が不要である。

図８（ｃ）に示すように、電子部品５０１が熱電素子１を備えていてもよい。熱電素子１のアノードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＧＮＤ配線と電気的に接続される。熱電素子１のカソードは、例えば、回路基板（図示は省略する）のＶｃｃ配線と電気的に接続される。この場合、熱電素子１は、電子部品５０１の、例えば補助電源５０３として使うことができる。

図８（ｄ）に示すように、電子部品５０１が熱電素子１を備えている場合、熱電素子１は、電子部品５０１の、例えば主電源５０２として使うことができる。

図８（ｅ）～図８（ｈ）のそれぞれに示すように、電子機器５００は、発電装置１００を備えていてもよい。発電装置１００は、電気エネルギーの源として熱電素子１を含む。

図８（ｄ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源５０２として使用される熱電素子１を備えている。同様に、図８（ｈ）に示した実施形態は、電子部品５０１が主電源として使用される発電装置１００を備えている。これらの実施形態では、電子部品５０１が、独立した電源を持つ。このため、電子部品５０１を、例えば自立型とすることができる。自立型の電子部品５０１は、例えば、複数の電子部品を含み、かつ、少なくとも１つの電子部品が別の電子部品と離れているような電子機器に有効に用いることができる。そのような電子機器５００の例は、センサである。センサは、センサ端末（スレーブ）と、センサ端末から離れたコントローラ（マスター）と、を備えている。センサ端末及びコントローラのそれぞれは、電子部品５０１である。センサ端末が、熱電素子１又は発電装置１００を備えていれば、自立型のセンサ端末となり、有線での電力供給の必要がない。熱電素子１又は発電装置１００は環境発電型であるので、電池の交換も不要である。センサ端末は、電子機器５００の１つと見なすこともできる。電子機器５００と見なされるセンサ端末には、センサのセンサ端末に加えて、例えば、ＩｏＴワイヤレスタグ等が、さらに含まれる。

図８（ａ）～図８（ｈ）のそれぞれに示した実施形態において共通することは、電子機器５００は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子１と、熱電素子１を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品５０１と、を含むことである。

電子機器５００は、独立した電源を備えた自律型（オートノマス型）であってもよい。自律型の電子機器の例は、例えばロボット等を挙げることができる。さらに、熱電素子１又は発電装置１００を備えた電子部品５０１は、独立した電源を備えた自律型であってもよい。自律型の電子部品の例は、例えば可動センサ端末等を挙げることができる。

以上、この発明の実施形態のいくつかを説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、これらの実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。また、この発明は、上記いくつかの実施形態の他、様々な新規な形態で実施することができる。したがって、上記いくつかの実施形態のそれぞれは、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更が可能である。このような新規な形態や変形は、この発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明、及び特許請求の範囲に記載された発明の均等物の範囲に含まれる。

１ ：熱電素子
１１ ：第１電極部
１２ ：第２電極部
１３ ：中間部
１３ａ ：ギャップ部
１４ ：支持部
１５ ：基板
１６ ：孔
１７ ：封止部
１８ ：引き出し配線
１００ ：発電装置
１０１ ：第１配線
１０２ ：第２配線
１１１ ：第１端子
１１２ ：第２端子
１３１ ：ナノ粒子
１３１ａ ：絶縁膜
１３２ ：溶媒
５００ ：電子機器
５０１ ：電子部品
５０２ ：主電源
５０３ ：補助電源
Ｒ ：負荷
Ｓ１１０ ：積層工程
Ｓ１２０ ：除去工程
Ｓ１３０ ：充填工程
Ｚ ：第１方向
Ｘ ：第２方向
Ｙ ：第３方向
ｅ ：電子

Claims (15)

1. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子であって、
   第１電極部と、
   前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、
   前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、
   前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、
   前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、
   前記孔を覆う封止部と、
   を備えること
   を特徴とする熱電素子。
2. 前記孔は、前記第１電極部及び前記第２電極部を前記第１方向に貫通すること
   を特徴とする請求項１記載の熱電素子。
3. 前記第１方向から見て、前記孔は、前記中間部の中心側に設けられること
   を特徴とする請求項１又は２記載の熱電素子。
4. 前記第２電極部は、前記第１方向に沿って一対の前記第１電極部の間に設けられ、
   前記中間部は、一方の前記第１電極部と、前記第２電極部との間、及び他方の前記第１電極部と、前記第２電極部との間に、前記孔を介して連続して設けられること
   を特徴とする請求項２又は３記載の熱電素子。
5. 前記第１方向に延在し、一対の前記第１電極部又は前記第２電極部の何れかと電気的に接続される引き出し配線をさらに備えること
   を特徴とする請求項４記載の熱電素子。
6. 前記第１方向から見て、前記中間部の形状は、円形又は楕円形であること
   を特徴とする請求項１～５の何れか１項記載の熱電素子。
7. 前記第１電極部と、前記第２電極部との間の電極間ギャップは、１０μｍ以下であり、
   前記ナノ粒子の直径は、前記電極間ギャップの１／１０以下であること
   を特徴とする請求項１～６の何れか１項記載の熱電素子。
8. 前記ナノ粒子は、表面に設けられた絶縁膜を有し、
   前記絶縁膜の厚さは、２０ｎｍ以下であること
   を特徴とする請求項１～７の何れか１項記載の熱電素子。
9. 前記中間部は、６０℃以上の沸点を有する溶媒を含むこと
   を特徴とする請求項１～８の何れか１項記載の熱電素子。
10. 前記中間部は、前記ナノ粒子のみが充填された状態を示すこと
    を特徴とする請求項１～８の何れか１項記載の熱電素子。
11. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子を備えた発電装置であって、
    前記熱電素子は、
    第１電極部と、
    前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、
    前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、
    前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、
    前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、
    前記孔を覆う封止部と、
    を備えること
    を特徴とする発電装置。
12. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、前記熱電素子を電源に用いて駆動されることが可能な電子部品と、を含む電子機器であって、
    前記熱電素子は、
    第１電極部と、
    前記第１電極部と第１方向に離間して対向し、前記第１電極部とは異なった仕事関数を有する第２電極部と、
    前記第１電極部と、前記第２電極部との間に設けられた、ナノ粒子を含む中間部と、
    前記第１電極部と、前記第２電極部との間に一体に設けられ、前記中間部を囲む支持部と、
    前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかを前記第１方向に貫通する孔と、
    前記孔を覆う封止部と、
    を備えること
    を特徴とする電子機器。
13. 熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子の製造方法であって、
    第１方向に沿って、第１電極部、支持部、及び第２電極部を順番に積層する積層工程と、
    前記支持部の一部を除去し、ギャップ部を形成する除去工程と、
    前記ギャップ部に、ナノ粒子を含む中間部を形成する充填工程と、
    を備えること
    を特徴とする熱電素子の製造方法。
14. 前記除去工程は、
    前記第１電極部及び前記第２電極部の少なくとも何れかと、前記支持部とを貫通する孔を形成する工程と、
    前記孔を介して前記支持部の一部を除去し、前記ギャップ部を形成する工程と、
    を有し、
    前記充填工程は、前記孔を介して前記ギャップ部に前記中間部を形成すること
    を特徴とする請求項１３記載の熱電素子の製造方法。
15. 前記除去工程は、等方性エッチング法を用いて前記支持部の一部を除去すること
    を特徴とする請求項１３又は１４記載の熱電素子の製造方法。

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