JPH06318735A - 熱電素子 - Google Patents
熱電素子Info
- Publication number
- JPH06318735A JPH06318735A JP5130119A JP13011993A JPH06318735A JP H06318735 A JPH06318735 A JP H06318735A JP 5130119 A JP5130119 A JP 5130119A JP 13011993 A JP13011993 A JP 13011993A JP H06318735 A JPH06318735 A JP H06318735A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- thin film
- metal silicide
- silicide thin
- nio
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板上に鉄珪化物などの遷移金属珪化物薄膜
を成膜した熱電素子において、基板としてＣｏＯ及びＮ
ｉＯを基本組成とした酸化物基板を用いる。 【効果】 ＣｏＯ及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基
板は、ＮｉＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各種酸
化物等を添加することにより熱膨張率を調整可能であ
り、遷移金属珪化物との化学反応は起こさないので、遷
移金属珪化物薄膜が剥離することなく、熱電変換特性の
経時変化のない熱電素子を得ることができる。
を成膜した熱電素子において、基板としてＣｏＯ及びＮ
ｉＯを基本組成とした酸化物基板を用いる。 【効果】 ＣｏＯ及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基
板は、ＮｉＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各種酸
化物等を添加することにより熱膨張率を調整可能であ
り、遷移金属珪化物との化学反応は起こさないので、遷
移金属珪化物薄膜が剥離することなく、熱電変換特性の
経時変化のない熱電素子を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線センサ、温度セ
ンサ、熱センサなどのセンサまたは工場の排熱などの低
品位熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱
電力変換素子として用いられる熱電素子に関するもので
ある。
ンサ、熱センサなどのセンサまたは工場の排熱などの低
品位熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱
電力変換素子として用いられる熱電素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】赤外線センサ、温度センサ、熱センサなど
のセンサまたは熱電力変換器として用いられる熱電素子
は、熱電対を多数直列接続したサーモパイル型熱電素子
が用いられている。このような構造をとることにより、
微小温度差を検出できる高感度な赤外線あるいは温度、
熱等を検出するセンサとして、または高効率な熱電力変
換素子として利用することができる。特に、センサ用あ
るいは半導体関係の局所的な排熱の利用には小型化、高
感度化、高応答速度化の要求から主として薄膜型の熱電
素子が用いられている。
のセンサまたは熱電力変換器として用いられる熱電素子
は、熱電対を多数直列接続したサーモパイル型熱電素子
が用いられている。このような構造をとることにより、
微小温度差を検出できる高感度な赤外線あるいは温度、
熱等を検出するセンサとして、または高効率な熱電力変
換素子として利用することができる。特に、センサ用あ
るいは半導体関係の局所的な排熱の利用には小型化、高
感度化、高応答速度化の要求から主として薄膜型の熱電
素子が用いられている。
【０００３】熱電素子の性能はゼーベック係数、導電率
及び熱伝導率から計算される熱電性能指数で評価される
が、現在、全ての温度範囲にわたって高い指数を有する
材料はなく、目的とする動作温度範囲により、Ｂｉ−Ｓ
ｂ−Ｔｅ系に代表されるカルコゲン化合物、Ｓｉ−Ｇｅ
合金、遷移金属珪化物等の材料を選択して使用してい
る。
及び熱伝導率から計算される熱電性能指数で評価される
が、現在、全ての温度範囲にわたって高い指数を有する
材料はなく、目的とする動作温度範囲により、Ｂｉ−Ｓ
ｂ−Ｔｅ系に代表されるカルコゲン化合物、Ｓｉ−Ｇｅ
合金、遷移金属珪化物等の材料を選択して使用してい
る。
【０００４】これらの材料のうち、遷移金属珪化物はカ
ルノー効率の高い高温度領域で比較的電気出力が高く、
熱的に安定な物質である。特に、鉄珪化物は安価で製造
できることから従来より熱電変換材料として期待されて
いた。従来、基板上に遷移金属珪化物薄膜を成膜する場
合、基板としては、ガラス基板、Ｓｉ基板、アルミナ、
石英、あるいは可とう性のある基板としてアルミニウム
またはステンレス鋼薄板等が使用されている。
ルノー効率の高い高温度領域で比較的電気出力が高く、
熱的に安定な物質である。特に、鉄珪化物は安価で製造
できることから従来より熱電変換材料として期待されて
いた。従来、基板上に遷移金属珪化物薄膜を成膜する場
合、基板としては、ガラス基板、Ｓｉ基板、アルミナ、
石英、あるいは可とう性のある基板としてアルミニウム
またはステンレス鋼薄板等が使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
基板では、遷移金属珪化物薄膜が剥離したり、熱電変換
特性が変化していくという問題点があった。
基板では、遷移金属珪化物薄膜が剥離したり、熱電変換
特性が変化していくという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記の
問題点を解決したもので、遷移金属珪化物薄膜が剥離す
ることなく、熱電変換特性の経時変化のない熱電素子を
提供することである。発明者等は、上記問題点を解決す
べく検討した結果、遷移金属珪化物薄膜が剥離したり、
熱電変換特性が変化していくのは、これらの基板では遷
移金属珪化物と熱膨張率が異なったり、遷移金属珪化物
と化学反応を起こすことが原因であることを見い出し
た。
問題点を解決したもので、遷移金属珪化物薄膜が剥離す
ることなく、熱電変換特性の経時変化のない熱電素子を
提供することである。発明者等は、上記問題点を解決す
べく検討した結果、遷移金属珪化物薄膜が剥離したり、
熱電変換特性が変化していくのは、これらの基板では遷
移金属珪化物と熱膨張率が異なったり、遷移金属珪化物
と化学反応を起こすことが原因であることを見い出し
た。
【０００７】すなわち、遷移金属珪化物の熱膨張率は１
０〜１５μｍ／ｍ℃の範囲であるのに対し、従来の基板
では概略次のような値であり、遷移金属珪化物と異なっ
ている。 ガラス ９ μｍ／ｍ℃ Ｓｉ ４ μｍ／ｍ℃ アルミナ ８ μｍ／ｍ℃ 石英 ０．５μｍ／ｍ℃ アルミニウム ２４ μｍ／ｍ℃ ステンレス鋼 １６ μｍ／ｍ℃ また、従来の基板のうち、ガラス、Ｓｉ、石英およびス
テンレス鋼は遷移金属珪化物と反応しやすく、反応によ
って熱電材料としての遷移金属珪化物薄膜の組成がず
れ、熱電特性が経時変化する原因となっていた。そこで
本発明者等は、熱膨張率が使用する遷移金属珪化物の種
類、組成に応じて調整可能で、かつ遷移金属珪化物と反
応しない材料を検討した結果、本発明に至った。
０〜１５μｍ／ｍ℃の範囲であるのに対し、従来の基板
では概略次のような値であり、遷移金属珪化物と異なっ
ている。 ガラス ９ μｍ／ｍ℃ Ｓｉ ４ μｍ／ｍ℃ アルミナ ８ μｍ／ｍ℃ 石英 ０．５μｍ／ｍ℃ アルミニウム ２４ μｍ／ｍ℃ ステンレス鋼 １６ μｍ／ｍ℃ また、従来の基板のうち、ガラス、Ｓｉ、石英およびス
テンレス鋼は遷移金属珪化物と反応しやすく、反応によ
って熱電材料としての遷移金属珪化物薄膜の組成がず
れ、熱電特性が経時変化する原因となっていた。そこで
本発明者等は、熱膨張率が使用する遷移金属珪化物の種
類、組成に応じて調整可能で、かつ遷移金属珪化物と反
応しない材料を検討した結果、本発明に至った。
【０００８】すなわち、本発明は、基板上に遷移金属珪
化物薄膜を成膜した熱電素子において、該基板がＣｏＯ
及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板であることを特
徴とする熱電素子を提供するものである。
化物薄膜を成膜した熱電素子において、該基板がＣｏＯ
及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板であることを特
徴とする熱電素子を提供するものである。
【０００９】ＣｏＯ及びＮｉＯを基本組成とした酸化物
基板では、ＮｉＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各
種酸化物等を添加することにより熱膨張率を調整可能で
あり、遷移金属珪化物との化学反応は起こさない。基本
組成からはＮｉＯとＣｏＯの複合酸化物を意味し、複合
物の組成は例えば、ＣｏＯ／ＮｉＯ（モル比）＝１／９
９〜９５／５で、より好ましくは、ＣｏＯ／ＮｉＯ（モ
ル比）＝３／９７〜６０／４０である。この基本組成範
囲では、熱膨張率を１２．５〜１５．０μｍ／ｍ℃の範
囲内で調整することができる。さらに、この基本組成に
対して、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、Ｍｎ
Ｏ、ＣａＯ等の各種酸化物あるいは炭化物、珪化物、窒
化物等を微量添加することにより、所望の熱膨張率（１
０〜１５μｍ／ｍ℃）に調整することができる。ＣｏＯ
及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板は、市販の酸化
物を原料として、混合、仮焼、粉砕、成形、焼結の工程
を経て得られた焼結体を機械加工して製造される。
基板では、ＮｉＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各
種酸化物等を添加することにより熱膨張率を調整可能で
あり、遷移金属珪化物との化学反応は起こさない。基本
組成からはＮｉＯとＣｏＯの複合酸化物を意味し、複合
物の組成は例えば、ＣｏＯ／ＮｉＯ（モル比）＝１／９
９〜９５／５で、より好ましくは、ＣｏＯ／ＮｉＯ（モ
ル比）＝３／９７〜６０／４０である。この基本組成範
囲では、熱膨張率を１２．５〜１５．０μｍ／ｍ℃の範
囲内で調整することができる。さらに、この基本組成に
対して、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、Ｍｎ
Ｏ、ＣａＯ等の各種酸化物あるいは炭化物、珪化物、窒
化物等を微量添加することにより、所望の熱膨張率（１
０〜１５μｍ／ｍ℃）に調整することができる。ＣｏＯ
及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板は、市販の酸化
物を原料として、混合、仮焼、粉砕、成形、焼結の工程
を経て得られた焼結体を機械加工して製造される。
【００１０】
【実施例】市販の酸化コバルト、酸化ニッケル粉を原料
にＣｏＯ／ＮｉＯ（モル比）＝３５／６５組成となるよ
うに調整し、市販アルミナ粉末を基本組成に対して２ｗ
ｔ％添加して混合した。混合は、エタノ−ル中湿式ボ−
ルミルで２０時間行なった。この混合粉を８５０℃で仮
焼後、エタノ−ルの湿式ボ−ルミルで４０時間粉砕し
た。この粉砕粉をＣＩＰ成形後、１２５０℃で焼結し、
さらにこれを１２５０℃、１００ＭＰａ、１時間のＨＩ
Ｐ処理を行った。この焼結体を機械加工し、基板を作製
した。基板の相対密度は９９％を超え、熱膨張率は１４
μｍ／ｍ℃であった。
にＣｏＯ／ＮｉＯ（モル比）＝３５／６５組成となるよ
うに調整し、市販アルミナ粉末を基本組成に対して２ｗ
ｔ％添加して混合した。混合は、エタノ−ル中湿式ボ−
ルミルで２０時間行なった。この混合粉を８５０℃で仮
焼後、エタノ−ルの湿式ボ−ルミルで４０時間粉砕し
た。この粉砕粉をＣＩＰ成形後、１２５０℃で焼結し、
さらにこれを１２５０℃、１００ＭＰａ、１時間のＨＩ
Ｐ処理を行った。この焼結体を機械加工し、基板を作製
した。基板の相対密度は９９％を超え、熱膨張率は１４
μｍ／ｍ℃であった。
【００１１】次に、ｐ型鉄珪化物としてＣｒ含有ＦｅＳ
ｉ2を、ｎ型鉄珪化物としてＣｏ含有ＦｅＳｉ2を図１に
示すパタ−ンで上記基板上へスパッタリング法により形
成した。図の中で１はＣｒ含有ＦｅＳｉ2薄膜を、２は
Ｃｏ含有ＦｅＳｉ2薄膜を、３は基板、４は電極を示
す。これらの鉄珪化物薄膜の熱膨張率は１４μｍ／ｍ℃
であった。
ｉ2を、ｎ型鉄珪化物としてＣｏ含有ＦｅＳｉ2を図１に
示すパタ−ンで上記基板上へスパッタリング法により形
成した。図の中で１はＣｒ含有ＦｅＳｉ2薄膜を、２は
Ｃｏ含有ＦｅＳｉ2薄膜を、３は基板、４は電極を示
す。これらの鉄珪化物薄膜の熱膨張率は１４μｍ／ｍ℃
であった。
【００１２】このようにして作製した熱電素子では鉄珪
化物薄膜の剥離もなく、熱電特性の経時変化もなかっ
た。
化物薄膜の剥離もなく、熱電特性の経時変化もなかっ
た。
【００１３】上記実施例では、成膜方法としてスパッタ
リング法を用いたが、これに限定されず蒸着法、プラズ
マＣＶＤ法等、公知の薄膜製造技術を使用できることは
もちろんである。また、上記実施例では、鉄珪化物につ
いて説明したが、ＮｉＳｉ2など他の遷移金属珪化物に
も適用可能であることはいうまでもない。
リング法を用いたが、これに限定されず蒸着法、プラズ
マＣＶＤ法等、公知の薄膜製造技術を使用できることは
もちろんである。また、上記実施例では、鉄珪化物につ
いて説明したが、ＮｉＳｉ2など他の遷移金属珪化物に
も適用可能であることはいうまでもない。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣｏＯ及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板は、Ｎｉ
ＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各種酸化物等を添
加することにより熱膨張率を調整可能であり、遷移金属
珪化物との化学反応は起こさないので、遷移金属珪化物
薄膜が剥離することなく、熱電変換特性の経時変化のな
い熱電素子を得ることができるという効果がある。
ＣｏＯ及びＮｉＯを基本組成とした酸化物基板は、Ｎｉ
ＯとＣｏＯとの配合比率を変えたり、各種酸化物等を添
加することにより熱膨張率を調整可能であり、遷移金属
珪化物との化学反応は起こさないので、遷移金属珪化物
薄膜が剥離することなく、熱電変換特性の経時変化のな
い熱電素子を得ることができるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
１ Ｃｒ含有ＦｅＳｉ2薄膜 ２ Ｃｏ含有ＦｅＳｉ2薄膜 ３ 基板 ４ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に遷移金属珪化物薄膜を成膜した
熱電素子において、該基板がＣｏＯ及びＮｉＯを基本組
成とした酸化物基板であることを特徴とする熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5130119A JPH06318735A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5130119A JPH06318735A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06318735A true JPH06318735A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=15026409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5130119A Pending JPH06318735A (ja) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | 熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06318735A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016856A1 (fr) * | 1995-10-31 | 1997-05-09 | Technova Inc. | Thermocouple a film epais |
-
1993
- 1993-05-07 JP JP5130119A patent/JPH06318735A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016856A1 (fr) * | 1995-10-31 | 1997-05-09 | Technova Inc. | Thermocouple a film epais |
| US5864087A (en) * | 1995-10-31 | 1999-01-26 | Technova Inc. | Thermoelectric device |
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