JPH0311672A - 熱電素子およびその製造方法 - Google Patents

熱電素子およびその製造方法

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Publication number
JPH0311672A
JPH0311672A JP1146194A JP14619489A JPH0311672A JP H0311672 A JPH0311672 A JP H0311672A JP 1146194 A JP1146194 A JP 1146194A JP 14619489 A JP14619489 A JP 14619489A JP H0311672 A JPH0311672 A JP H0311672A
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JP
Japan
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oxide semiconductor
type
thermoelectric element
impurity
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP1146194A
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English (en)
Inventor
Yutaka Shimabara
豊 島原
Yasunobu Yoneda
康信 米田
Yukio Yoshino
幸夫 吉野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (a)産業上の利用分野 この発明は、赤外線センサ、温度センサ、熱センサなど
に用いられる小型で高感度な熱電素子およびその製造方
法に関する。
(bl従来の技術 従来より、赤外線センサ、温度センサ、熱センサなどと
して用いられる、熱電対を多数直列接続したいわゆるサ
ーモパイル型熱電素子が開発されている。
一般に、サーモパイル型熱電素子は、熱電材料が多数直
列接続され、温度差から生じる熱起電力が加算される構
造を有し、大きな熱起電力を得ることができる。これに
より高効率の熱電力変換素子や微少温度差を検知する高
感度な赤外線、温度、熱センサとして利用することがで
きる。特に、センサ用途には小型化、高感度化、応答速
度の高速化のために、主に薄膜型の熱電素子が用いられ
る。
従来の薄膜型熱電素子はn型熱電材料からなる細線パタ
ーンとp型熱電材料からなる細線パターンを基板上に形
成し、更に電極を形成することによって熱電対を直列接
続している。
このような従来の薄膜熱電素子の熱電材料にはコンスタ
ンタン−ニクロム(特公昭57−40154号)、As
−Te(特開昭53−132282号)、Si、Ge 
(特開昭57−7172号)、B1−3b−Te (特
開昭61−22676号)などの金属合金、あるいは化
合物半導体材料が用いられてきた。
fc1発明が解決しようとする課題 これら従来の熱電材料は比抵抗が小さく熱電変換効率が
高いという長所があるが、ゼーベック係数が小さ(、ま
た酸化し易いため、高温下で使用できないという欠点を
有している。
本発明はこのような従来の問題点を解消して、薄膜でか
つ高い熱起電力が得られ、高温度域でも使用可能なセン
サ用薄膜熱電素子を提供することを目的とする。
(c+1課題を解決するための手段 前記目的を達成するためには高温度下で使用でき、かつ
ゼーベック係数の高い材料が必要である酸化物半導体セ
ラミックは300〜1000μV/にという高いゼーベ
ック係数を有し、耐熱性が高いにも係わらず、合金や化
合物半導体に比べ比抵抗が2桁以上大きく、熱−電力変
換効率を評価する性能指数が2桁以上小さいことがら熱
電素子としての応用があまりなされていなかった。しか
し赤外線、温度、熱流を検出するセンサの用途としては
、熱−電力変換効率を上げることよりもいかに大きなゼ
ーベック係数を有するかが重要である。
発明者らは、従来の合金あるいは化合物半導体よりも大
きなゼーベック係数を有し、かつ高温下でも安定な酸化
物半導体材料を薄膜化することで、前記目的が達せられ
ることを見出した。
酸化物半導体の薄膜を得るためには、絶縁性を有しかつ
耐熱性のある基板、例えばアルミナやジルコニア上に、
例えば先ず酸化物半導体に対する不純物拡散源となる不
純物材料層を形成し、その上に熱処理によって酸化物半
導体化する金属材料を形成し、その後、熱処理によって
前記金属材料を酸化させるとともに不純物拡散を行い、
酸化物半導体膜からなる複数の細線パターンを形成する
ことによって熱電素子を得る。
(e)作用 この発明の請求項(1)に係る熱電素子においては、酸
化物半導体化用金属材料層と不純物材料層との熱拡散酸
化構造により各半導体膜を形成したことにより、酸化物
半導体化用金属材料層は熱酸化により酸化物となるとと
もに、不純物材料を拡散源とた不純物拡散が行われ、n
型酸化物半導体膜とpギ酸化物半導体膜の細線パターン
による熱電素子として作用する。各細線パターンは酸化
物半導体であり、かつ高いゼーベック係数を有するため
、高温度領域で使用可能な高熱起電力の熱電素子が得ら
れる。
また、この発明の請求項(2)に係る熱電素子の製造方
法においては、不純物膜パターン形成工程により、p型
およびp型の不純物材料による細線パターンがそれぞれ
形成され、金属膜パターン形成工程により、p型および
p型の酸化物半導体化用金属膜材料による細線パターン
がたとえば蒸着またはスパッタリング等により形成され
る。不純物膜パターン形成の後に金属膜パターン形成を
行った場合には、例えば絶縁基板上に不純物材料による
細線パターンと酸化物半導体化用金属材料による細線パ
ターンとが順に積層される。続く熱処理により、酸化物
半導体化用金属膜が酸化されるとともに、前記不純物材
料を拡散源とした不純物拡散が同時に行われる。このよ
うにして酸化物半導体の細線パターンによる熱電素子が
製造される。
前記金属膜パターン形成工程では金属材料の蒸着または
スパッタリング等により膜形成を行うと、例えば酸化物
半導体のセラミソクターゲントを用いたスパッタリング
などに比較して堆積レートが著しく高く、安価に製造す
ることが可能となるif)実施例 第1図(A)〜(G)はこの発明の実施例である熱電素
子の構造およびその製造工程を示している。
先ず、p型不純物材料としてL + z C030,3
7gにフェス50g、溶剤50gを加えて混練したペー
ストと、n型不純物材料としてNb2O51,33gに
フェス50g、溶剤50gを加えて混練したペーストを
それぞれ作成する。
次に第1図(A)および(B)に示すように、A/!z
 03基板1上にペースト状にしたp型不純物材料を細
線状に印刷し、乾燥させて細線パターン2を形成する。
続いて第1図(C)に示すように、ペースト状にしたn
型不純物材料を細線状に印刷し、乾燥させて細線パター
ン3を形成する。
その後、第1図(C)および(D)に示すように、p型
不純物の細線パターン2上にNi(金属)による細線パ
ターン4を、マスクを用いてRFスパッタリング法によ
り成膜する。
つづいて、第1図(D)および(E)に示すように、n
型不純物による細線パターン3上にTi(金属)による
細線パターン5を、マスクを用いてRFスパッタリング
法により成膜する。
上記各金属薄膜の作成条件は次の通りである。
基板温度:150°C 高周波用カニsoow〜1,5に、W シー1−:1〜10μm / h r その後、基板全体を1000〜1300°Cで大気中に
おいて熱処理を行う。このことにより、NiおよびTi
の各金属薄膜が酸化され、これとともにNi薄膜に対し
ては不純物材料層のLizCO3のLi電子による原子
価制御が行われ、Ti薄膜に対してはNb2O,、のN
b原子による原子価制御が行われる。このようにして第
1図(F)に示すように、p型NiO酸化物半導体薄膜
およびn型Tl0z酸化物半導体薄膜による細線パター
ン6.7が形成される。
その後、さらに第1図(G)に示すようにオーミック電
極の印刷・焼旬により、または蒸着などにより、電極8
を形成する。このようにして、p型酸化物半導体薄膜6
とn酸化物半導体薄膜7とが直列接続され両端に引出用
電極を有する熱電素子が得られる。
なお、第1図に示した例では、図面を明瞭化するために
細線パターンの数を少なく描いているが、多数の熱電対
を直列接続することによって熱起電力を増大させること
ができる。第1図(G)に示した構造においてT i 
O□ (Nb含)のn型酸化物半導体セラミックとN1
p(Li含)のn型酸化物半導体セラミックからなる5
0対の熱電対を形成して、熱電素子の両端に5℃の温度
差を与え、ゼーベック係数を測定したところ70mV/
Kが得られた。また、その熱電素子を300′Cで10
00時間大気中で放置したところゼーヘツタ係数に変化
はなかった。
(g)発明の効果 この発明によれば、酸化物半導体膜を用いることにより
、小型で高感度且つ耐熱性に優れた熱電素子を得ること
ができる。しかも酸化物半導体膜を酸化物半導体化用金
属材料層と不純物材料層との熱拡散酸化により形成した
ため、例えばセラミックターゲットを用いたスパッタリ
ングによる形成法に比較して堆積レートを著しく高くす
ることができ、製造コストを低減することが可能となる
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(G)はこの発明の実施例である熱電素
子の構造および製造工程を示す図である1−絶縁基板、 2−p型不純物材料による細線パターン、3−n型不純
物材料による細線パターン、4−pギ酸化物半導体化用
金属材料(Ni)による細線パターン、 5−n型酸化物半導体化用金属材料(Ti)による細線
パターン、 6−p型酸化物半導体(Ni○)薄膜、0 7 n型酸化物半導体 (Ti ○2 ) 薄膜、 8−電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板上に、n型半導体膜とp型半導体膜によ
    る細線パターンがそれぞれ複数組形成された熱電素子に
    おいて、 各半導体膜を、酸化物半導体化用金属材料層と不純物材
    料層との熱拡散酸化構造としたことを特徴とする熱電素
    子。
  2. (2)n型およびp型の不純物材料による細線パターン
    をそれぞれ形成する不純物膜パターン形成工程と、 n型およびp型の酸化物半導体化用金属材料による細線
    パターンをそれぞれ形成する金属膜パターン形成工程を
    含み、 熱処理により前記酸化物半導体化用金属膜の酸化と不純
    物拡散を同時に行うことを特徴とする熱電素子の製造方
    法。
JP1146194A 1989-06-08 1989-06-08 熱電素子およびその製造方法 Pending JPH0311672A (ja)

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JP (1) JPH0311672A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0548094U (ja) * 1991-11-29 1993-06-25 セコム株式会社 検知装置
US5275001A (en) * 1991-10-07 1994-01-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermoelectric cooling device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5275001A (en) * 1991-10-07 1994-01-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermoelectric cooling device
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