JPWO2005047560A1 - 結晶膜の製造方法、結晶膜付き基体の製造方法、および熱電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[図2]図2は、層状構造と水蒸気とを接触させる工程の一例を示す断面図である。
[図3]図3は、水蒸気と接触させる積層体の一例を示す断面図である。
[図4]図4は、成長膜付き基体の一例(p型ユニット)を示す断面図である。
[図5]図5は、エピタキシャル成長による膜の堆積工程の別の例を示す断面図である。
[図6]図6は、水蒸気と接触させる積層体の別の例を示す断面図である。
[図7]図7は、成長膜付き基体の別の例を示す断面図である。
[図8]図8は、成長膜付き基体のまた別の例(n型ユニット)を示す断面図である。
[図9]図9は、成長膜付き基体の積層体の一例を示す断面図である。
[図10]図10は、熱電変換素子の一例を示す断面図である。
[図11]図11は、熱電変換素子の別の例を示す断面図である。
[図12]図12は、エピタキシャル成長による膜の堆積工程のまた別の例を示す断面図である。
[図13]図13は、層状構造と水蒸気とを接触させる工程の別の例を示す断面図である。
[図14]図14は、成長膜付き基体のまた別の例(p−nユニット)を示す断面図である。
[図15]図15は、図14に示した基体を用いて得た熱電変換素子の例を示す断面図である。
[図16]図16は、図15に示した素子の斜視図である。
[図17]図17は、熱電変換素子のまた別の例を示す平面図である。
[図18]図18は、熱電変換素子のさらに別の例を示す平面図である。
サファイア単結晶基板上にSr0.4CoO2で示される膜をエピタキシャル成長させた。この膜もスパッタリング法により成膜した。スパッタリング法は、組成が上記式となるように秤量し、均一となるまで混合したターゲットを用い、ArガスとO2ガスとを3:1に混合した圧力3Paの雰囲気下で、基体温度を700℃に保持しながら実施した。約2時間のスパッタリングにより、上記の膜の厚みは約900nmとなった。
実施例1と同様にして、p型熱電変換層を形成した基板とn型熱電変換層を形成した基板とを得た。これらの基板をチャンバー内の土台上ではなく水に浸漬した状態で保持したところ、熱電変換層は剥離せず、基板から分離することはできなかった。
スパッタリング法により、サファイア単結晶基板10上にNa0.5CoO2で示されるp型熱電変換層5をエピタキシャル成長させ、別のサファイア単結晶基板10上にNa0.5(Ti0.8Co0.2)O2で示されるn型熱電変換層7をエピタキシャル成長させた。スパッタリング法は、組成が上記各式となるように秤量し、均一となるまで混合したターゲットを用い、ArガスとO2ガスとを3:1に混合した圧力5Paの雰囲気下で、基板温度を700℃に保持しながら実施した。約2時間のスパッタリングにより、両熱電変換層の厚みはともに約900nmとなった。
n型熱電変換層7として、Na0.5(Ti0.8Co0.2)O2に代えて、Na0.5CoO2で示される膜とAlを2%ドープしたZnO膜との2層膜を形成した以外は、実施例1と同様にして、ペルチェ型熱電変換素子37,38を作製した。n型熱電変換層は、Na0.5CoO2で示される膜を50nmエピタキシャル成長させた後、この膜の上に、c軸配向のAlドープZnO膜を900nmエピタキシャル成長させた。
サファイア単結晶基板上にSr0.4CoO2で示される膜をエピタキシャル成長させた。この膜もスパッタリング法により成膜した。スパッタリング法は、組成が上記式となるように秤量し、均一となるまで混合したターゲットを用い、ArガスとO2ガスとを3:1に混合した圧力3Paの雰囲気下で、基体温度を700℃に保持しながら実施した。約2時間のスパッタリングにより、上記の膜の厚みは約900nmとなった。
実施例1と同様にして、p型熱電変換層を形成した基板とn型熱電変換層を形成した基板とを得た。これらの基板をチャンバー内の土台上ではなく水に浸漬した状態で保持したところ、熱電変換層は剥離せず、基板から分離することはできなかった。
Claims (50)
- 基体上に層状構造を含む結晶膜を前記層状構造が前記基体と接するようにエピタキシャル成長させる工程と、
水蒸気供給源から供給される水蒸気をチャンバー内において前記層状構造に接触させる工程と、
前記水蒸気と接触した層状構造と前記基体とを分離することにより、前記結晶膜を得る工程と、を含み、
前記層状構造が、アルカリ金属を含む層と、Co,Fe,Ni,Mn,Ti,Cr,V,NbおよびMoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含む層と、を含む、結晶膜の製造方法。 - 前記層状構造が式AxCoO2により示される請求項1に記載の製造方法。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値である。 - 前記層状構造が式Ax(Ti1−yCoy)O2により示される請求項1に記載の製造方法。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値であり、yは0<y<1の範囲にある数値である。 - 前記結晶膜が、前記層状構造と、前記層状構造の上に形成された前記層状構造とは異なる構造とを含む請求項1に記載の製造方法。
- 前記異なる構造がペロブスカイト構造またはウルツ鉱構造である請求項4に記載の製造方法。
- 前記チャンバー内に配置した前記水蒸気供給源から前記水蒸気を供給する請求項1に記載の製造方法。
- 前記水蒸気供給源が水または水溶液である請求項6に記載の製造方法。
- 第1の基体上に層状構造を含む結晶膜を前記層状構造が前記基体と接するようにエピタキシャル成長させる工程と、
水蒸気供給源から供給される水蒸気をチャンバー内において前記層状構造に接触させる工程と、
前記結晶膜と第2の基体とを接触させながら、前記水蒸気と接触した層状構造と前記第1の基体とを分離することにより、前記結晶膜を前記第1の基体上から前記第2の基体上へと移動させる工程と、を含み、
前記層状構造が、アルカリ金属を含む層と、Co,Fe,Ni,Mn,Ti,Cr,V,NbおよびMoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含む層と、を含む、結晶膜付き基体の製造方法。 - 前記第2の基体が、樹脂またはガラスである請求項8に記載の製造方法。
- 前記層状構造が式AxCoO2により示される請求項8に記載の製造方法。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値である。 - 前記層状構造が式Ax(Ti1−yCoy)O2により示される請求項8に記載の製造方法。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値であり、yは0<y<1の範囲にある数値である。 - 前記結晶膜が、前記層状構造と、前記層状構造の上に形成された前記層状構造とは異なる構造とを含む請求項8に記載の製造方法。
- 前記異なる構造がペロブスカイト構造またはウルツ鉱構造である請求項12に記載の製造方法。
- 前記チャンバー内に配置した前記水蒸気供給源から前記水蒸気を供給する請求項8に記載の製造方法。
- 前記水蒸気供給源が水または水溶液である請求項14に記載の製造方法。
- 第1の基体上に層状構造を含む第1の結晶膜を前記層状構造が前記第1の基体と接するようにエピタキシャル成長させる工程と、
第2の基体上に層状構造を含む第2の結晶膜を前記層状構造が前記第2の基体と接するようにエピタキシャル成長させる工程と、
前記第1の結晶膜および前記第2の結晶膜と第3の基体とが接触した状態で、水蒸気供給源から供給される水蒸気をチャンバー内において前記第1の結晶膜の層状構造および前記第2の結晶膜の層状構造に接触させる工程と、
前記第1の結晶膜および前記第2の結晶膜と前記第3の基体との接触を保ちながら、前記第1の結晶膜と前記第1の基体および前記第2の結晶膜と前記第2の基体をそれぞれ分離することにより、前記第1の結晶膜および前記第2の結晶膜を前記第1の基体上および前記第2の基体上から前記第3の基体上へと移動させる工程と、を含み、
前記層状構造が、アルカリ金属を含む層と、Co,Fe,Ni,Mn,Ti,Cr,V,NbおよびMoからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含む層と、を含む、結晶膜付き基体の製造方法。 - 前記第1の結晶膜と前記第2の結晶膜とにより前記第3の基体を狭持した状態で、前記水蒸気を前記第1の結晶膜の層状構造および前記第2の結晶膜の層状構造に接触させる請求項16に記載の製造方法。
- 前記第3の基体が、樹脂またはガラスである請求項16に記載の製造方法。
- 前記層状構造が式AxCoO2または式Ax(Ti1−yCoy)O2により示される請求項16に記載の製造方法。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値であり、yは0<y<1の範囲にある数値である。 - 前記結晶膜が、前記層状構造と、前記層状構造の上に形成された前記層状構造とは異なる構造とを含む請求項16に記載の製造方法。
- 前記異なる構造がペロブスカイト構造またはウルツ鉱構造である請求項20に記載の製造方法。
- 前記チャンバー内に配置した前記水蒸気供給源から前記水蒸気を供給する請求項16に記載の製造方法。
- 前記水蒸気供給源が水または水溶液である請求項22に記載の製造方法。
- 請求項1に記載の方法により、p型熱電変換層またはn型熱電変換層となる結晶膜を得る工程を含む、熱電変換素子の製造方法。
- 前記結晶膜を樹脂またはガラスである基体上に配置する工程をさらに含む請求項24に記載の製造方法。
- 請求項8に記載の方法により、p型熱電変換層またはn型熱電変換層となる結晶膜が配置された結晶膜付き基体を得る工程を含む、熱電変換素子の製造方法。
- 前記結晶膜付き基体を得る工程において、p型熱電変換層となる結晶膜が配置されたp型ユニットと、n型熱電変換層となる結晶膜が配置されたn型ユニットとを得て、
前記p型ユニットと前記n型ユニットとを積層する工程をさらに含む請求項26に記載の製造方法。 - 2以上のp型ユニットと2以上のn型ユニットとをp型熱電変換層またはn型熱電変換と基体とが交互に配置されるように積層する請求項27に記載の製造方法。
- 前記2以上のp型ユニットと前記2以上のn型ユニットとを交互に積層する請求項28に記載の製造方法。
- 前記p型ユニットと前記n型ユニットとをp型熱電変換層またはn型熱電変換層が形成された面と反対側の基体の面で互いに接合することにより、前記p型熱電変換層と前記n型熱電変換層とが接合された基体において互いに反対側の面に配置された結合ユニットを得る、請求項27に記載の製造方法。
- 前記p型熱電変換層および前記n型熱電変換層の一部を除去して所定のパターンとする工程をさらに含む請求項30に記載の製造方法。
- 前記p型熱電変換層と前記n型熱電変換層とを電気的に接続する電極を形成する工程をさらに含む請求項27に記載の製造方法。
- 樹脂またはガラスである基体の上に結晶膜が配置された結晶膜付き基体を得る請求項26に記載の製造方法。
- 請求項16に記載の方法により、p型熱電変換層となる第1の結晶膜およびn型熱電変換層となる第2の結晶膜が配置された結晶膜付き基体を得る工程を含む、熱電変換素子の製造方法。
- 第1面にp型熱電変換層が配置され、前記第1面と反対側の第2面にn型熱電変換層が配置された結晶膜付き基体を得る請求項34に記載の製造方法。
- 前記p型熱電変換層および前記n型熱電変換層の一部を除去して所定のパターンとする工程をさらに含む請求項34に記載の製造方法。
- 前記p型熱電変換層と前記n型熱電変換層とを電気的に接続する電極を形成する工程をさらに含む請求項34に記載の製造方法。
- 樹脂またはガラスである基体の上に結晶膜が配置された結晶膜付き基体を得る請求項34に記載の製造方法。
- 樹脂またはガラスからなり、第1面および前記第1面と反対側の第2面を有する基体と、
前記第1面に配置されたp型熱電変換層と、
前記第2面に配置されたn型熱電変換層と、
前記p型熱電変換層と前記n型熱電変換層とを電気的に接続する電極と、を含み、
前記p型熱電変換層および前記n型熱電変換層から選ばれる少なくとも一方が、エピタキシャル成長により得られた結晶方位がそろった薄膜である、熱電変換素子。 - 前記第1面に配置された2以上のp型熱電変換層と、
前記第2面に配置された2以上のn型熱電変換層と、
前記2以上のp型熱電変換層と前記2以上のn型熱電変換層とを電気的に接続する2以上の電極とを含み、
前記2以上の電極が、p型熱電変換層とn型熱電変換層とを交互に電気的に接続する請求項39に記載の熱電変換素子。 - 前記第1面および前記第2面が第1端部および第2端部を有し、
前記2以上のp型熱電変換層および前記2以上のn型熱電変換層が前記第1端部から前記第2端部へと横断するように配置された請求項40に記載の熱電変換素子。 - 前記第1面および前記第2面が、前記第1端部を内周端とし、前記第2端部を外周端とするリング状の面である請求項41に記載の熱電変換素子。
- 前記p型熱電変換層が式AxCoO2により示される請求項39に記載の熱電変換素子。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値である。 - 前記n型熱電変換層が式Ax(Ti1−yCoy)O2により示される請求項39に記載の熱電変換素子。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値であり、yは0<y<1の範囲にある数値である。 - 前記n型熱電変換層がA1をドープしたZnO層である請求項39に記載の熱電変換素子。
- 樹脂またはガラスからなる2以上の基体と、
2以上のp型熱電変換層と、
2以上のn型熱電変換層と、
前記2以上のp型熱電変換層から選ばれる少なくとも1つと前記2以上のn型熱電変換層から選ばれる少なくとも1つとを電気的に接続する少なくとも1つの電極と、を含み、
前記p型熱電変換層または前記n型熱電変換層と前記基体とが交互に配置されるように前記2以上のp型熱電変換層、前記2以上のn型熱電変換層および前記2以上の基体が積層され、
前記2以上のp型熱電変換層および前記2以上のn型熱電変換層から選ばれる少なくとも1つが、エピタキシャル成長により得られた結晶方位がそろった薄膜である、熱電変換素子。 - 前記基体の間に前記p型熱電変換層と前記n型熱電変換層とが交互に配置された請求項46に記載の熱電変換素子。
- 前記p型熱電変換層が式AxCoO2により示される請求項46に記載の熱電変換素子。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値である。 - 前記n型熱電変換層が式Ax(Ti1−yCoy)O2により示される請求項46に記載の熱電変換素子。
ただし、Aはアルカリ金属であり、xは0<x<1の範囲にある数値であり、yは0<y<1の範囲にある数値である。 - 前記n型熱電変換層がAlをドープしたZnO層である請求項46に記載の熱電変換素子。
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