JPH0738158A - 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法 - Google Patents

一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法

Info

Publication number
JPH0738158A
JPH0738158A JP5176732A JP17673293A JPH0738158A JP H0738158 A JPH0738158 A JP H0738158A JP 5176732 A JP5176732 A JP 5176732A JP 17673293 A JP17673293 A JP 17673293A JP H0738158 A JPH0738158 A JP H0738158A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon germanium
type
type silicon
thermoelectric conversion
sintered
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
Application number
JP5176732A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Mochimaru
敏昭 持丸
Kazuhisa Takahashi
一寿 高橋
Tadashi Masuda
忠 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vacuum Metallurgical Co Ltd
Original Assignee
Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacuum Metallurgical Co Ltd filed Critical Vacuum Metallurgical Co Ltd
Priority to JP5176732A priority Critical patent/JPH0738158A/ja
Publication of JPH0738158A publication Critical patent/JPH0738158A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い機械的強度をもちしかも発電効率の高い
一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子を低コ
ストで提供すること。 【構成】 一体化焼結したn型及びp型のシリコンゲル
マニウム素子から成り、pn接合部自体で高温受熱部が
形成される。また本発明の製造法は、n型及びp型のシ
リコンゲルマニウム粉末原料を一体化焼結してn型及び
p型のシリコンゲルマニウム素子を形成し、これを切削
或いは切断加工して一端に高温受熱端部を形成し、他端
に低温端電極を接合することから成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、 300℃〜1000℃程度の
比較的高温を熱源として利用することのできるn型及び
p型のシリコンゲルマニウム半導体素子対から成る熱電
変換素子及びその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の熱電変換素子としては種
々の形式のものが提案されており、添付図面の図5にそ
の一例を示す。図5に示す熱電変換素子は、p型のシリ
コンゲルマニウム素子Aと、n型のシリコンゲルマニウ
ム素子Bと、これら素子の一端を互いに接合する高温受
熱端電極Cと、各素子A、Bの他端に設けられる低温端
電極D、Eとから構成されている。高温受熱端電極C
は、板状のSi−Mo共晶合金または金属シリコン板から成
っている。高温受熱端電極Cとp型、n型シリコンゲル
マニウム素子A、Bの各々との接合は拡散接合等によっ
て行われ、また、低温端電極D、Eとp型、n型シリコ
ンゲルマニウム素子A、Bとの接合は拡散接合またはロ
ー付け等によって行われている。一方、このようなシリ
コンゲルマニウム熱電変換素子の製造は、まずp型及び
n型のシリコンゲルマニウム素子それぞれ焼結により作
り、焼結で作られた素各子を成形加工し兎所望の形状に
加工し、こうして得られたp型及びn型のシリコンゲル
マニウム素子の一端に高温受熱端電極板を接合し、他端
にそれぞれ低温端電極板を接合することによって行われ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のシリ
コンゲルマニウム熱電変換素子においては、高温受熱部
は、p型のシリコンゲルマニウム素子、n型のシリコン
ゲルマニウム素子及びこれらの素子を接続するため耐熱
性の電極材であるSi−Mo共晶合金や金属シリコン板を拡
散接合した電極板により構成されており、受熱部の熱伝
導をよくするために電極板は薄く、しかも、受熱部の機
械的強度は電極板の曲げ強度に依存するので、熱電変換
素子自体極めて脆弱な構造となっている。また、熱電変
換素子の発電効率を向上させるためには内部抵抗を小さ
くする必要があるが、接合部の電気抵抗値が熱電変換素
子全体の電気抵抗値の大部分を占めているので、内部抵
抗を小さくする上で問題がある。この問題を改善するた
め、耐熱性で電気抵抗の小さい金属材料を電極板として
用い、ロー付けすることも考えられるが、シリコンゲル
マニウムの耐熱性に比べて金属材料またはロー材の耐熱
性の方が低く、耐熱性の点で劣化することになり、有効
な改善手段とはならない。また、従来のシリコンゲルマ
ニウム熱電変換素子の製造法はp型のシリコンゲルマニ
ウム素子とn型のシリコンゲルマニウム素子とを別個に
焼結して、それらを電極材に接合しているので、p型及
びn型のそれぞれのシリコンゲルマニウム素子の焼結及
び成形加工工程、p型及びn型のシリコンゲルマニウム
素子のそれぞれと高温受熱電極との接合工程及び低温端
電極との接合工程が必要となり、製造工程が多く、製造
コストがかさむという問題がある。
【0004】そこで、本発明は、上記の問題点を解決し
て機械的強度にすぐれしかも発電効率の高い一体化焼結
型シリコンゲルマニウム熱電変換素子を提供することを
目的としている。また本発明の別の目的は、上記の一体
化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子を少ない工
程数で低コストに製造できる製造法を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、本発明による一体化焼結型シリコンゲルマ
ニウム熱電変換素子は、n型及びp型のシリコンゲルマ
ニウム粉末原料を互いに一体化焼結して成るn型及びp
型のシリコンゲルマニウム素子を有し、n型及びp型の
シリコンゲルマニウム素子の一端に直接接合したpn接
合部を形成し、他端に互いに分離した低温端を形成した
ことを特徴としている。また本発明による一体化焼結型
シリコンゲルマニウム熱電変換素子に用いられるn型及
びp型のシリコンゲルマニウム素子は、n型及びp型の
シリコンゲルマニウム素子用粉末原料を同時加圧焼結に
より互いに一体化焼結して間に直接接合したpn接合部
を備えるように形成される。また、上記の別の目的を達
成するために、本発明による一体化焼結型シリコンゲル
マニウム熱電変換素子の製造法は、n型及びp型のシリ
コンゲルマニウム素子用粉末原料を同時加圧焼結により
互いに一体化焼結して間に直接接合したpn接合部を備
えたn型及びp型のシリコンゲルマニウム素子を形成
し、一体化焼結して形成したn型及びp型のシリコンゲ
ルマニウム素子の一端にpn接合部を残してn型及びp
型のシリコンゲルマニウム素子を切削或いは切断加工に
より分離することから成る。本発明による製造法におい
ては、分離したn型及びp型のシリコンゲルマニウム素
子の端に、切削或いは切断加工により低温端電極接続用
切り込みが形成され、各切り込みに低温端電極が接合さ
れ得る。
【0006】
【作用】このように構成された本発明による一体化焼結
型シリコンゲルマニウム熱電変換素子においては、n型
及びp型のシリコンゲルマニウム素子が直接接合され、
受熱部に電極材がないので、機械的強度は直接接合部に
依存することになり、それぞれのシリコンゲルマニウム
素子と同等の強度が得られることになる。またこの強度
は接合部の断面積で決まりしかも断面積を大きく取るこ
とができるので、十分な機械的強度を得ることができる
ようになるとと同時に、接合部の電気抵抗も大幅に小さ
くなり、その結果、熱電変換素子全体としての内部抵抗
も小さくなり、発電効率が改善されることなる。さら
に、受熱部はシリコンゲルマニウム合金のみから成って
いるので、耐熱性はシリコンゲルマニウム合金の耐熱性
に依存することになる。また、本発明の製造法によれ
ば、n型及びp型のシリコンゲルマニウム素子の同時一
体化焼結工程と、切削或いは切断加工工程と、低温端電
極の接合工程とから成っているので、製造工程が大幅に
削減でき、製造コストを低く抑えることができるように
なる。
【0007】
【実施例】以下図面の図1〜図4を参照して本発明の実
施例について説明する。図1には本発明の一実施例によ
る一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子を示
し、この一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素
子は薄板状のp型のシリコンゲルマニウム素子1と、こ
のp型のシリコンゲルマニウム素子1と対称の形状をも
ちかつ互いに直接接合されたn型のシリコンゲルマニウ
ム素子2とから成り、両素子1、2の一端は互いに直接
接合されて、高温受熱端電極3を形成している。高温受
熱端電極3におけるpn接合部4の長さすなわち断面積
は熱電変換素子の機械的強度を考慮して任意に設定する
ことができる。また両素子1、2の他端すなわち低温端
にはそれぞれ低温端電極5、6が接合されている。
【0008】図2〜図4には図1に示す一体化焼結型シ
リコンゲルマニウム熱電変換素子の製造法を示す。ホッ
トプレスまたは放電プラズマ焼結装置等の加圧焼結装置
のダイス(図示してない)にp型及びn型のシリコンゲ
ルマニウム粉末原料を半々ずつ分離充填して加圧焼結す
ることにより、図3に示すような円板状の一体化焼結体
10を形成する。こうして得られた円板状の一体化焼結体
10は、直径上で互いに直接接合された状半円状のp型の
シリコンゲルマニウム焼結体11と半円状のn型のシリコ
ンゲルマニウム焼結体11とから成っており、加圧焼結装
置のダイスから取出し後、pn接合境界部13の位置を確
認し、このpn接合境界部13に沿って一側から他側に向
かって切断加工すると共に各外側部を切断して図4に示
すような形状のpn一体化焼結シリコンゲルマニウム素
子を形成する。こうして得られたpn一体化焼結シリコ
ンゲルマニウム素子の他端に図示したように低温端電極
挿入用の切り込み14、15をそれぞれ設ける。各切り込み
14、15に低温端電極を挿入しはんだ付けまたはロー付け
により接合することによって図1に示すような一体化焼
結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子が得られる。
【0009】図4において、各素子の幅W1、W2、両素子
間の間隔X、各素子の長さL及び高温受熱端電極の高さ
Hの寸法は任意に変えることができ、また厚さは粉末原
料の充填量を調整することにより1mm程度から数10mm程
度までに設定することができる。図4の形状に構成した
一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子の特性
を以下に例示する。 各部の寸法(mm) W1=W2=8.5 X=3 L=42 D=8 厚さ=4.5 高温受熱端温度 800℃ 低温端温度 100℃ 熱起電力 0.35V 内部抵抗 70mΩ 単位重量当りの発電電力 38W/kg
【0010】ところで図示実施例では円盤状の焼結体を
用いて熱電変換素子を製作しているが、使用する加圧焼
結装置のダイスの形状を変えることにより長方形または
矩形或いは多角形の形状に一体化焼結してそれを切削加
工して任意の形状に構成することもできる。
【0011】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子におい
ては、n型及びp型のシリコンゲルマニウム素子を一体
化焼結し、pn接合部自体で高温受熱部を構成している
ので、高温受熱部の機械的脆弱性を改善でき、しかもp
n接合部の断面積を大きく取ることができ、それにより
高温受熱端付近で10kgf/mm2 程度の抗折力を得ることが
できるようになる。また高温受熱部に別個の電極材を用
いていないので、高温受熱部の内部抵抗を従来の電極板
を用いた構造に比較して1/10程度以下に抑えることが
でき、その結果、発電効率を大幅に向上させることがで
きるようになり、単位重量当りの発電電力は従来の2〜
3倍にできる。さらに、高温受熱部にはシリコンゲルマ
ニウム以外の材質を使用していないので、耐熱温度はシ
リコンゲルマニウム合金自体の温度で決まることにな
り、耐熱性を大幅に向上させることが可能となる。ま
た、本発明による製造法によれば、一体化焼結工程と、
切削或いは切断加工工程と、低温端電極の接合工程とか
ら成っているので、従来のシリコンゲルマニウム熱電変
換素子の製造法に比べて、工程数を大幅に簡略化するこ
とができ、その結果、上述のような格別の機能を備えた
一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子を低コ
ストで提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による一体化焼結型シリコ
ンゲルマニウム熱電変換素子を示す概略正面図。
【図2】 本発明の製造法の工程を示す図。
【図3】 本発明の製造法に従って製作した円板状のp
n一体化焼結シリコンゲルマニウム素材を示す概略斜視
【図4】 図3に示す素材に切断加工工程を施した状態
を示す概略正面図。
【図5】 従来のシリコンゲルマニウム熱電変換素子を
示す概略正面図。
【符号の説明】
1:p型のシリコンゲルマニウム素子 2:n型のシリコンゲルマニウム素子 3:高温受熱端電極 4:pn接合部 5:低温端電極 6:低温端電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 n型及びp型のシリコンゲルマニウム粉
    末原料を互いに一体化焼結して成るn型及びp型のシリ
    コンゲルマニウム素子を有し、n型及びp型のシリコン
    ゲルマニウム素子の一端に直接接合したpn接合部を形
    成し、他端に互いに分離した低温端を形成したことを特
    徴とする一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素
    子。
  2. 【請求項2】 n型及びp型のシリコンゲルマニウム素
    子用粉末原料を同時加圧焼結により互いに一体化焼結し
    て間に直接接合したpn接合部を備えたn型及びp型の
    シリコンゲルマニウム素子を形成することを特徴とする
    一体化焼結型シリコンゲルマニウム素子の製造法。
  3. 【請求項3】 n型及びp型のシリコンゲルマニウム素
    子用粉末原料を同時加圧焼結により互いに一体化焼結し
    て間に直接接合したpn接合部を備えたn型及びp型の
    シリコンゲルマニウム素子を形成し、一体化焼結して形
    成したn型及びp型のシリコンゲルマニウム素子の一端
    にpn接合部を残してn型及びp型のシリコンゲルマニ
    ウム素子を切削或いは切断加工により分離することを特
    徴とする一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素
    子の製造法。
  4. 【請求項4】 n型及びp型のシリコンゲルマニウム素
    子用粉末原料を同時加圧焼結により互いに一体化焼結し
    て間に直接接合したpn接合部を備えたn型及びp型の
    シリコンゲルマニウム素子を形成し、一体化焼結して形
    成したn型及びp型のシリコンゲルマニウム素子の一端
    にpn接合部を残してn型及びp型のシリコンゲルマニ
    ウム素子を切削或いは切断加工により分離し、さらに、
    分離したn型及びp型のシリコンゲルマニウム素子の端
    に、切削或いは切断加工により低温端電極接続用切り込
    みを形成し、各切り込みに低温端電極を接合することを
    特徴とする一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換
    素子の製造法。
JP5176732A 1993-07-16 1993-07-16 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法 Pending JPH0738158A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5176732A JPH0738158A (ja) 1993-07-16 1993-07-16 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5176732A JPH0738158A (ja) 1993-07-16 1993-07-16 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0738158A true JPH0738158A (ja) 1995-02-07

Family

ID=16018822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5176732A Pending JPH0738158A (ja) 1993-07-16 1993-07-16 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0738158A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT410492B (de) * 2000-05-02 2003-05-26 Span Gerhard Dipl Ing Dr Thermoelektrisches element mit mindestens einer n-schicht und mindestens einer p-schicht
JP2011014862A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Korea Electronics Telecommun 熱電素子及びその製造方法
GB2521942A (en) * 2014-12-23 2015-07-08 Daimler Ag Air intake system for an internal combustion engine of a vehicle

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT410492B (de) * 2000-05-02 2003-05-26 Span Gerhard Dipl Ing Dr Thermoelektrisches element mit mindestens einer n-schicht und mindestens einer p-schicht
US6762484B2 (en) 2000-05-02 2004-07-13 Gerhard Span Thermoelectric element
JP2011014862A (ja) * 2009-07-06 2011-01-20 Korea Electronics Telecommun 熱電素子及びその製造方法
US8940995B2 (en) 2009-07-06 2015-01-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Thermoelectric device and method for fabricating the same
GB2521942A (en) * 2014-12-23 2015-07-08 Daimler Ag Air intake system for an internal combustion engine of a vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4032363A (en) Low power high voltage thermopile
US9601679B2 (en) Thermoelectric module and method of manufacturing the same
US20140261608A1 (en) Thermal Interface Structure for Thermoelectric Devices
JP2007109942A (ja) 熱電モジュール及び熱電モジュールの製造方法
US20040261830A1 (en) Thermoelectric device having P-type and N-type materials
JPH1074986A (ja) 熱電変換素子、π型熱電変換素子対および熱電変換モジュールの各製造方法
US20140102500A1 (en) Thermoelectric Device Assembly, Thermoelectric Module and its Manufacturing Method
US20080245397A1 (en) System and Method of Manufacturing Thermoelectric Devices
JPH0697512A (ja) 熱電変換素子
WO2013145843A1 (ja) 熱電変換モジュール及びその製造方法
JP5463204B2 (ja) 熱電素子およびその製造方法、ならびに熱電モジュール
JP2001267642A (ja) 熱電変換モジュールの製造方法
CN109065697B (zh) 一种环形热电发电器件
JP2009111137A (ja) 熱電変換部材の配列方法
US20160293823A1 (en) Thermoelectric Conversion Module
JPH0738158A (ja) 一体化焼結型シリコンゲルマニウム熱電変換素子及びその製造法
JP2008109054A (ja) 熱電変換モジュール及び熱電変換モジュールの製造方法
JPH1154805A (ja) 一体成形熱電素子及びその製造法
JPH1065222A (ja) 熱電変換素子の製造方法
JP2002076451A (ja) 熱電変換素子の製造方法及び熱電変換素子
JPH09172204A (ja) 熱電変換装置およびその製造方法
JP3382717B2 (ja) 熱電発電素子の製造方法
JP2018037485A (ja) 熱電変換モジュールの製造方法
JPH01179376A (ja) 熱電モジュールおよびその製造方法
JPH11177156A (ja) 熱電変換材料の加工法と熱電変換素子の製造方法