JPH03270084A - 熱電素子の製造方法 - Google Patents
熱電素子の製造方法Info
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- JPH03270084A JPH03270084A JP2069187A JP6918790A JPH03270084A JP H03270084 A JPH03270084 A JP H03270084A JP 2069187 A JP2069187 A JP 2069187A JP 6918790 A JP6918790 A JP 6918790A JP H03270084 A JPH03270084 A JP H03270084A
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（ａｌ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
に用いられる熱電素子、特にｐ型およびｐ型の酸化物半
導体膜からなる熱電素子に関する（ｂ）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。
に用いられる熱電素子、特にｐ型およびｐ型の酸化物半
導体膜からなる熱電素子に関する（ｂ）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、温度差から生し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
度の高連化のために、主に薄膜型の熱電素子が用いられ
る。
列接続され、温度差から生し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
度の高連化のために、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。
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５７−５４号）、Ａｓ−Ｔｅ
（特開昭５３−１３２２８２号）、Ｓｉ、Ｇｅ （特開
昭５７−７１７２号）、Ｂ１−３ｂ−Ｔｅ （特開昭６
１−２２６７６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。
ンタン−ニクロム（特公昭５７−５４号）、Ａｓ−Ｔｅ
（特開昭５３−１３２２８２号）、Ｓｉ、Ｇｅ （特開
昭５７−７１７２号）、Ｂ１−３ｂ−Ｔｅ （特開昭６
１−２２６７６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。
（Ｃ）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く、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。
高いという長所があるが、ゼーベック係数が小さく、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。
この発明の目的は、このような従来の問題点を解消して
、高い熱起電力を有し、高温度域でも使用可能なセンサ
用熱電素子の製造方法を提供することにある。
、高い熱起電力を有し、高温度域でも使用可能なセンサ
用熱電素子の製造方法を提供することにある。
（ｄ）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、耐熱性が高いにもかかわらず、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桁以上小さいことから
熱電素子としての応用があまりなされていなかった。
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、耐熱性が高いにもかかわらず、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桁以上小さいことから
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。
ては、熱−電力変換効率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
半導体材料を厚膜形成することによって、前記目的が達
せられることを見出した。
なゼーベック係数を有し、かつ高温下でも安定な酸化物
半導体材料を厚膜形成することによって、前記目的が達
せられることを見出した。
この発明の請求項１に係る熱電素子の製造方法は、ｎ型
酸化物半導体化用金属粉末と、ｎ型化用不純物粉末との
混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 ｐ型酸化物半導体化用金属粉末と、ｎ型化用不純物粉末
との混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化および不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなるまた、請求項２に係る
熱電素子の製造方法は、ｐ型およびｐ型の酸化物半導体
化用金属粉末とｎ型化用およびｐ型化用の不純物粉末を
それぞれ絶縁基板上に積層印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化台よび不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなる（ｅ）作用 この発明の請求項（１）に係る熱電素子の製造方法では
、ｎ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型化用不純物粉末
との混合物およびｐ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型
化用不純物粉末との混合物がそれぞれ絶縁基板上に印刷
され、上記混合物を含む厚膜のパターンが形成される。
酸化物半導体化用金属粉末と、ｎ型化用不純物粉末との
混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 ｐ型酸化物半導体化用金属粉末と、ｎ型化用不純物粉末
との混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化および不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなるまた、請求項２に係る
熱電素子の製造方法は、ｐ型およびｐ型の酸化物半導体
化用金属粉末とｎ型化用およびｐ型化用の不純物粉末を
それぞれ絶縁基板上に積層印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化台よび不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなる（ｅ）作用 この発明の請求項（１）に係る熱電素子の製造方法では
、ｎ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型化用不純物粉末
との混合物およびｐ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型
化用不純物粉末との混合物がそれぞれ絶縁基板上に印刷
され、上記混合物を含む厚膜のパターンが形成される。
その後の熱処理により、厚膜パターンの酸化物半導体化
用金属が酸化されるとともに、不純物が拡散される。こ
れによりそれぞれｎ型酸化物半導体膜とｎ型酸化物半導
体膜となって熱電素子が形成される。
用金属が酸化されるとともに、不純物が拡散される。こ
れによりそれぞれｎ型酸化物半導体膜とｎ型酸化物半導
体膜となって熱電素子が形成される。
また、この発明の請求項（２）に係る熱雷素子の製造方
法では、ｐ型およびｐ型の酸化物半導体化用金属粉末と
ｎ型化用およびｎ型化用不純物粉末とがそれぞれ絶縁基
板上に積層印刷され、熱処理によって絶縁基板上の各酸
化物半導体化用金属が酸化されるとともに不純物拡散が
行われる。その結果、酸化物半導体膜による熱電素子が
形成されるなお、酸化物半導体化用金属と不純物とが、
または両者の混合物が印刷によりパターン形成されるた
め、例えば酸化物半導体セラミックターゲットを用いた
スパッタリングによるパターン形成法などに比較して短
時間で安価に製造することが可能となる。
法では、ｐ型およびｐ型の酸化物半導体化用金属粉末と
ｎ型化用およびｎ型化用不純物粉末とがそれぞれ絶縁基
板上に積層印刷され、熱処理によって絶縁基板上の各酸
化物半導体化用金属が酸化されるとともに不純物拡散が
行われる。その結果、酸化物半導体膜による熱電素子が
形成されるなお、酸化物半導体化用金属と不純物とが、
または両者の混合物が印刷によりパターン形成されるた
め、例えば酸化物半導体セラミックターゲットを用いた
スパッタリングによるパターン形成法などに比較して短
時間で安価に製造することが可能となる。
（ｆ）実施例
この発明の第１の実施例に係る熱電素子の製造工程を第
１図（Ａ）〜（Ｅ）に示す。この第１の実施例は請求項
１に対応し、酸化物半導体化用金属粉末と不純物粉末と
を予め混合したペーストを印刷するものである。
１図（Ａ）〜（Ｅ）に示す。この第１の実施例は請求項
１に対応し、酸化物半導体化用金属粉末と不純物粉末と
を予め混合したペーストを印刷するものである。
先ず、ｎ型酸化物半導体化用金属材料であるＴｉ金属粉
末４８ｇに対してｎ型化用不純物材料であるＮｂ金属粉
末２ｇ、ワニス５ｇ、有機溶剤５ｇ、フワッ）Ｉｇを加
え、混練してｎ型酸化物半導体用ペーストを作成する。
末４８ｇに対してｎ型化用不純物材料であるＮｂ金属粉
末２ｇ、ワニス５ｇ、有機溶剤５ｇ、フワッ）Ｉｇを加
え、混練してｎ型酸化物半導体用ペーストを作成する。
一方、ｎ型酸化物半導体化用金属材料であるＮｉ金属粉
末４９．７ｇに対してｐ型化用不純物材料であるＬｒｚ
Ｃ○３粉末（Ｌｉ金属粉末は取扱上困難を伴うため）０
３ｇ、ワニス５ｇ、有機溶剤５ｇ、フリット１ｇを加え
、混練してｎ型酸化物半導体用ペーストを作成する。
末４９．７ｇに対してｐ型化用不純物材料であるＬｒｚ
Ｃ○３粉末（Ｌｉ金属粉末は取扱上困難を伴うため）０
３ｇ、ワニス５ｇ、有機溶剤５ｇ、フリット１ｇを加え
、混練してｎ型酸化物半導体用ペーストを作成する。
第１図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、例えばアルミナや
ジルコニアなどの絶縁性と耐熱性のある基板１にｎ型酸
化物半導体用ペーストおよびｎ型酸化物半導体用ペース
トによる細線パターン２および３を印刷形成する。
ジルコニアなどの絶縁性と耐熱性のある基板１にｎ型酸
化物半導体用ペーストおよびｎ型酸化物半導体用ペース
トによる細線パターン２および３を印刷形成する。
その後、基板全体を１０００〜１３００°Ｃて大気中に
おいて熱処理を行う。このことにより第１図（Ｄ）に示
すように、上記Ｔｉの酸化とこれに対するＮｂの不純物
拡散が同時に起こり、ｎ型の酸化物半導体（ＴｉＯ２）
による細線パターン４が形成される。また、Ｎ１の酸化
とこれに対するＬｉの不純物拡散が同時に起こり、ｐ型
の酸化物半導体（Ｎｉｐ）による細線パターン５が形成
される。
おいて熱処理を行う。このことにより第１図（Ｄ）に示
すように、上記Ｔｉの酸化とこれに対するＮｂの不純物
拡散が同時に起こり、ｎ型の酸化物半導体（ＴｉＯ２）
による細線パターン４が形成される。また、Ｎ１の酸化
とこれに対するＬｉの不純物拡散が同時に起こり、ｐ型
の酸化物半導体（Ｎｉｐ）による細線パターン５が形成
される。
その後、第１図（Ｅ）に示すように蒸着などにより電極
６を形成する。このようにして、ｎ型酸化物半導体膜４
とｎ型酸化物半導体膜５とか直列接続され、両端に引き
出し用電極を有する熱電素子が得られる。
６を形成する。このようにして、ｎ型酸化物半導体膜４
とｎ型酸化物半導体膜５とか直列接続され、両端に引き
出し用電極を有する熱電素子が得られる。
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かでき
る。第１図（Ｅ）に示した構造においてＴｉＯ□ （Ｎ
ｂ含）のｎ型酸化物半導体とＮｉ０（Ｌｉ含）のｐ型酸
化物半導体からなる５０対の熱電対を形成して熱電素子
の両端に５℃の温度差を与えて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℃で１０００時間大気中に放置したところゼー
ベック係数に変化１士なかった。
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かでき
る。第１図（Ｅ）に示した構造においてＴｉＯ□ （Ｎ
ｂ含）のｎ型酸化物半導体とＮｉ０（Ｌｉ含）のｐ型酸
化物半導体からなる５０対の熱電対を形成して熱電素子
の両端に５℃の温度差を与えて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℃で１０００時間大気中に放置したところゼー
ベック係数に変化１士なかった。
次に、第２の実施例に係る熱電素子の製造工程を第２図
（Ａ）〜？Ｇ）に示す。この第２の実施例は請求項２に
対応し、酸化物半導体化用金属粉末を含むペーストと不
純物粉末を含むペーストとを積層印刷するものである。
（Ａ）〜？Ｇ）に示す。この第２の実施例は請求項２に
対応し、酸化物半導体化用金属粉末を含むペーストと不
純物粉末を含むペーストとを積層印刷するものである。
先ず、ｎ型酸化物半導体化用金属材料であるＴｌ金属粉
末にワニス、有機溶剤、フリットを加え混練したペース
トと、ｎ型酸化物半導体化用金属材料であるＮｉ金属粉
末にワニス、有機溶剤、フリ・ノドを加えて’／Ｈｋｌ
したペーストとをそれぞれ作成する。
末にワニス、有機溶剤、フリットを加え混練したペース
トと、ｎ型酸化物半導体化用金属材料であるＮｉ金属粉
末にワニス、有機溶剤、フリ・ノドを加えて’／Ｈｋｌ
したペーストとをそれぞれ作成する。
また、ｎ型化不純物材料としてＮｂ金属粉末またはその
酸化物Ｎｂｚ○、にワニス、有機溶剤、フリ、トを加え
て混練したペーストと、ｐ型化不純物材料としてＬｉ２
Ｃ○３にワニス、溶剤およびフリ、トを加えて混練した
ペーストとをそれぞれ作成する。
酸化物Ｎｂｚ○、にワニス、有機溶剤、フリ、トを加え
て混練したペーストと、ｐ型化不純物材料としてＬｉ２
Ｃ○３にワニス、溶剤およびフリ、トを加えて混練した
ペーストとをそれぞれ作成する。
続いて第２図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、絶縁基板１
上にｎ型酸化物半導体化用金属粉末ペーストによる細線
パターン７およびｐ型酸化物半導体化用金属粉末ペース
トによる細線パターン８をそれぞれ印刷形成する。
上にｎ型酸化物半導体化用金属粉末ペーストによる細線
パターン７およびｐ型酸化物半導体化用金属粉末ペース
トによる細線パターン８をそれぞれ印刷形成する。
両組線パターンを乾燥固化させた後、同図（Ｄ）および
（Ｅ） 乙こ示すようにｎ型化不純物ペーノ、トによる
細線パターン９およプル型化不純物ペーストによる細線
パターン１０をそれぞれ積層印刷する。
（Ｅ） 乙こ示すようにｎ型化不純物ペーノ、トによる
細線パターン９およプル型化不純物ペーストによる細線
パターン１０をそれぞれ積層印刷する。
その後、第２図（Ｆ）に示すように熱処理を行って金属
の酸化と不純物拡散を同時に行い、ｎ型の酸化物半導体
（ＴｉＯ２）による細線パターン４とｐ型の酸化物半導
体（Ｎｉｐ）による細線パターン５を形成する。
の酸化と不純物拡散を同時に行い、ｎ型の酸化物半導体
（ＴｉＯ２）による細線パターン４とｐ型の酸化物半導
体（Ｎｉｐ）による細線パターン５を形成する。
その後、さらに第２図（Ｇ）に示すように華着電極６を
形成する。
形成する。
このようにしてｎ型酸化物半導体膜４とｐ型酸化物半導
体膜５とが直列接続され、両端に引き出し用電極を有す
る熱電素子が得られる。
体膜５とが直列接続され、両端に引き出し用電極を有す
る熱電素子が得られる。
なお、第２の実施例では絶縁基板上に酸化物半導体化用
金属粉末を含むペーストを印刷し、その上層に不純物粉
末を含むペーストを積層印刷したが、この積層順を逆に
しても良い。
金属粉末を含むペーストを印刷し、その上層に不純物粉
末を含むペーストを積層印刷したが、この積層順を逆に
しても良い。
（ｇ）発明の効果
この発明によれは、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。しかも印刷によりパターン形成を行うため、
例えばセラミソクターゲントを用いたスパッタリングに
よる形成性に比較して短時間で安価な熱電素子を製造す
ることができる。
、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。しかも印刷によりパターン形成を行うため、
例えばセラミソクターゲントを用いたスパッタリングに
よる形成性に比較して短時間で安価な熱電素子を製造す
ることができる。
第１図（Ａ）〜（Ｅ）はこの発明の第１の実施例に係る
熱電素子の製造工程を示す図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は
第２の実施例に係る熱電素子の製造工程を示す図である
。 １−絶縁基板、 ２−ｎ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型化用不純物粉
末との混合物による細線パターン、 ３ ｐ型酸化物半導体化用金属粉末とｐ型化用不純物
粉末との混合物による細線パターン、 ４−ｎ型酸化物半導体による細線パターン、５ ｐ型
酸化物半導体による細線パターン、６−電極、 ７−ｎ型酸化物半導体化用金属粉末による細線パターン
、 ８−ｐ型酸化物半導体化用金属粉末による細線パターン
、 ９−ｎ型化用不純物粉末による細線パターン、１０−ｐ
型化用不純物粉末による細線パターン。
熱電素子の製造工程を示す図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は
第２の実施例に係る熱電素子の製造工程を示す図である
。 １−絶縁基板、 ２−ｎ型酸化物半導体化用金属粉末とｎ型化用不純物粉
末との混合物による細線パターン、 ３ ｐ型酸化物半導体化用金属粉末とｐ型化用不純物
粉末との混合物による細線パターン、 ４−ｎ型酸化物半導体による細線パターン、５ ｐ型
酸化物半導体による細線パターン、６−電極、 ７−ｎ型酸化物半導体化用金属粉末による細線パターン
、 ８−ｐ型酸化物半導体化用金属粉末による細線パターン
、 ９−ｎ型化用不純物粉末による細線パターン、１０−ｐ
型化用不純物粉末による細線パターン。
Claims (2)
- （１）ｎ型酸化物半導体化用金属粉末と、ｎ型化用不純
物粉末との混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 ｐ型酸化物半導体化用金属粉末と、ｐ型化用不純物粉末
との混合物を絶縁基板上に印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化および不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなる熱電素子の製造方法。 - （２）ｎ型およびｐ型の酸化物半導体化用金属粉末とｎ
型化用およびｐ型化用の不純物粉末をそれぞれ絶縁基板
上に積層印刷する工程と、 熱処理により上記絶縁基板上の各酸化物半導体化用金属
の酸化および不純物拡散を略同時に行い、酸化物半導体
膜を形成する工程とを含んでなる熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069187A JPH03270084A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 熱電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2069187A JPH03270084A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 熱電素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03270084A true JPH03270084A (ja) | 1991-12-02 |
Family
ID=13395474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2069187A Pending JPH03270084A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 熱電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03270084A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313043B1 (ko) * | 1998-10-23 | 2002-01-15 | 전주범 | 적외선볼로메터의제조방법 |
| JP2008270410A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Ishikawa Pref Gov | 熱電変換素子及び熱電変換モジュール並びに熱電変換モジュールの製造方法 |
| US7511803B2 (en) * | 2004-05-28 | 2009-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for displaying result of measurement of eccentricity |
| EP2175500A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-14 | Ishikawa Prefectural Government | Thermoelectric conversion elements, thermoelectric conversion modules and a production method of the thermoelectric conversion modules |
| JP2012178533A (ja) * | 2011-02-27 | 2012-09-13 | Masato Mabuchi | 熱電材料に伝熱量を低減し作業物質流は本来の熱電材料以上となる空間部分あるいは繋がった空間部分を含んだ熱電変換素子 |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP2069187A patent/JPH03270084A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100313043B1 (ko) * | 1998-10-23 | 2002-01-15 | 전주범 | 적외선볼로메터의제조방법 |
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| JP2008270410A (ja) * | 2007-04-18 | 2008-11-06 | Ishikawa Pref Gov | 熱電変換素子及び熱電変換モジュール並びに熱電変換モジュールの製造方法 |
| EP2175500A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-14 | Ishikawa Prefectural Government | Thermoelectric conversion elements, thermoelectric conversion modules and a production method of the thermoelectric conversion modules |
| JP2012178533A (ja) * | 2011-02-27 | 2012-09-13 | Masato Mabuchi | 熱電材料に伝熱量を低減し作業物質流は本来の熱電材料以上となる空間部分あるいは繋がった空間部分を含んだ熱電変換素子 |
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