WO2021079732A1 - 熱電変換装置、熱電変換装置の制御方法、熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法及び電子デバイス - Google Patents

熱電変換装置、熱電変換装置の制御方法、熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法及び電子デバイス Download PDF

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phononic crystal
electrode
module
conversion module
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宏平 高橋
尚基 反保
中村　邦彦
内藤　康幸
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    • H10N10/01—Manufacture or treatment

Definitions

  • thermoelectric conversion device a control method of the thermoelectric conversion device, a method of cooling and / or heating an object using the thermoelectric conversion device, and an electronic device including the thermoelectric conversion device.
  • Patent Document 1 Patent Document 1
  • Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 disclose a periodic structure composed of a plurality of through holes.
  • This periodic structure when the thin film is viewed in a plan view, through holes are regularly arranged in a period within the order of nanometers (region of 1 nm to 1000 nm).
  • This periodic structure is a kind of phononic crystal structure.
  • This type of phononic crystal structure usually has a unit cell, which is the smallest unit that constitutes the array of through holes.
  • the thermal conductivity of the thin film can be reduced.
  • the thermal conductivity of the thin film can also be reduced by, for example, porosification. This is because the voids introduced into the thin film by porosification reduce the thermal conductivity of the thin film.
  • the thermal conductivity of the base material itself constituting the thin film can be reduced. Therefore, it is expected that the thermal conductivity will be further reduced as compared with the simple porosification.
  • thermoelectric conversion element having a thermoelectric conversion unit including a thermoelectric conversion material is known.
  • a thermoelectric conversion device can be constructed by using a thermoelectric conversion element. According to the thermoelectric converter, the Peltier effect can be used to cool and / or heat the object.
  • Patent Document 3 discloses a thermoelectric conversion element including a p-type thermoelectric conversion material and an n-type thermoelectric conversion material.
  • thermoelectric conversion device having a high degree of freedom in controlling cooling and / or heating of an object, such as being suitable for keeping a change in temperature of the object within a predetermined range.
  • thermoelectric conversion devices It is a thermoelectric converter 1st thermoelectric conversion module; A first insulating layer provided on the first thermoelectric conversion module; and a second thermoelectric conversion module provided on the first insulating layer are provided.
  • the first thermoelectric conversion module includes one or more thermoelectric conversion elements, a first connection electrode, and a second connection electrode.
  • the thermoelectric conversion element of the first thermoelectric conversion module is electrically connected to the first connection electrode and the second connection electrode, and is electrically connected to the first connection electrode and the second connection electrode.
  • the second thermoelectric conversion module includes one or more thermoelectric conversion elements, and a third connection electrode and a fourth connection electrode.
  • thermoelectric conversion element of the second thermoelectric conversion module is electrically connected to the third connection electrode and the fourth connection electrode, and is electrically connected to the third connection electrode and the fourth connection electrode.
  • Each of the thermoelectric conversion elements includes a thermoelectric conversion unit.
  • the thermoelectric conversion unit of at least one thermoelectric conversion element includes a phononic crystal layer having a phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged through holes. The penetration direction of the plurality of through holes in the phononic crystal structure is substantially parallel to the stacking direction of the first thermoelectric conversion module, the first insulating layer, and the second thermoelectric conversion module.
  • thermoelectric conversion device having a high degree of freedom in controlling cooling and / or heating of an object, such as being suitable for keeping a change in temperature of the object within a predetermined range.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a thermoelectric conversion unit in a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another example of the thermoelectric conversion unit in the thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a plan view of the thermoelectric conversion unit of FIG. 3 as viewed from the side of the first phononic crystal layer.
  • FIG. 5 is a plan view of the thermoelectric conversion unit of FIG. 3 as viewed from the side of the second phononic crystal layer.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a thermoelectric conversion unit in a thermoelectric conversion element that can be provided
  • FIG. 6A is a schematic diagram showing an example of a unit cell having a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 6B is a schematic diagram showing another example of a unit cell of a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 6C is a schematic view showing another example of the unit cell of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 6D is a schematic view showing another example of the unit cell of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 8A is a schematic diagram showing a unit cell and its orientation in the first domain included in the phononic crystal structure of FIG. 7.
  • FIG. 8B is a schematic diagram showing a unit cell and its orientation in the second domain included in the phononic crystal structure of FIG. 7.
  • FIG. 9 is an enlarged view of the region R1 of the phononic crystal structure of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the region R2 of the phononic crystal structure of FIG.
  • FIG. 12 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the region R3 of the phononic crystal structure of FIG.
  • FIG. 14 is a plan view schematically showing still another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 15 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 16 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 17A is a schematic diagram showing an example of a unit cell having a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 17B is a schematic view showing another example of a unit cell of a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 18 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 17A is a schematic diagram showing an example of a unit cell having a phononic crystal structure that a thermoelectric conversion element can have.
  • FIG. 17B is a schematic view showing another example of a unit cell of
  • FIG. 19 is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal structure that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 20A is a plan view schematically showing an example of a phononic crystal layer that a thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 20B is a cross-sectional view showing a cross section 20B-20B of the phononic crystal layer of FIG. 20A.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing another example of the thermoelectric conversion unit in the thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 22A is a plan view schematically showing another example of the phononic crystal layer that the thermoelectric conversion element may have.
  • FIG. 22B is a cross-sectional view showing a cross section 22B-22B of the phononic crystal layer of FIG. 22A.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing another example of the thermoelectric conversion unit in the thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24A is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24B is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24A is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24B is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the
  • FIG. 24C is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24D is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24E is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24F is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24D is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24E is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing
  • FIG. 24G is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24H is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24I is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24J is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24G is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24H is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing
  • 24K is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24L is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24M is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24N is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24N is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 24O is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for manufacturing a thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view schematically showing another example of the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view schematically showing another example of the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • FIG. 27 is a flowchart showing an example of the control method of the present disclosure.
  • FIG. 28 is a graph showing a voltage application pattern in an example of the control method of the present disclosure.
  • FIG. 29 is a graph showing a voltage application pattern in an example of the control method of the present disclosure.
  • thermoelectric conversion device of the present disclosure includes a plurality of stacked thermoelectric conversion modules.
  • Each thermoelectric conversion module can be independently controlled via the connection electrode included in each module. For example, it is possible to increase the degree of freedom in controlling the cooling and / or heating of the object by performing different controls between the thermoelectric conversion module closer to the object and the thermoelectric conversion module farther from the object. it can.
  • thermoelectric conversion device of the present disclosure includes a thermoelectric conversion element provided with a thermoelectric conversion unit having a phononic crystal structure. Therefore, the heat insulating performance of the thermoelectric conversion module including the element, typically, the heat insulating performance of a plurality of thermoelectric conversion modules in the stacking direction can be improved.
  • the enhanced heat insulation performance improves the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric conversion module.
  • the enhanced heat insulation performance improves the degree of freedom of the control pattern of each module when the adjacent thermoelectric conversion modules are independently controlled.
  • thermoelectric conversion device 1 of FIG. 1 includes a first thermoelectric conversion module 2, a first insulating layer 3, and a second thermoelectric conversion module 4.
  • the first insulating layer 3 is provided on the first thermoelectric conversion module 2.
  • the second thermoelectric conversion module 4 is provided on the first insulating layer 3.
  • the first thermoelectric conversion module 2, the first insulating layer 3, and the second thermoelectric conversion module 4 are each layered, and are laminated in this order to form a laminated structure 5.
  • the first thermoelectric conversion module 2 includes two or more thermoelectric conversion elements 21 (21a), and a first connection electrode 11 and a second connection electrode 12.
  • the thermoelectric conversion element 21a of the first thermoelectric conversion module 2 is electrically connected to the first connection electrode 11 and the second connection electrode 12.
  • the electrical connection between the individual thermoelectric conversion element 21a and the first connection electrode 11 or the second connection electrode 12 is a direct connection or an indirect connection via another thermoelectric conversion element 21a.
  • the thermoelectric conversion element 21a is located on an electrical path connecting the first connection electrode 11 and the second connection electrode 12. In the example of FIG. 1, two or more thermoelectric conversion elements 21a are electrically connected to each other in series between the first connection electrode 11 and the second connection electrode 12.
  • thermoelectric conversion elements 21a between the first connection electrode 11 and the second connection electrode 12 is not limited to the above example.
  • series connection and parallel connection may be mixed.
  • the Peltier module is, for example, a Peltier cooling module, a Peltier cooling / heating module, and a Peltier heating module.
  • the second thermoelectric conversion module 4 includes two or more thermoelectric conversion elements 21 (21b), a third connection electrode 13, and a fourth connection electrode 14.
  • the thermoelectric conversion element 21b of the second thermoelectric conversion module 4 is electrically connected to the third connection electrode 13 and the fourth connection electrode 14.
  • the electrical connection between the individual thermoelectric conversion element 21b and the third connection electrode 13 or the fourth connection electrode 14 is a direct connection or an indirect connection via another thermoelectric conversion element 21b.
  • the thermoelectric conversion element 21b is located on an electrical path connecting the third connection electrode 13 and the fourth connection electrode 14. In the example of FIG. 1, two or more thermoelectric conversion elements 21b are electrically connected to each other in series between the third connection electrode 13 and the fourth connection electrode 14.
  • thermoelectric conversion elements 21b between the third connection electrode 13 and the fourth connection electrode 14 is not limited to the above example.
  • series connection and parallel connection may be mixed.
  • thermoelectric conversion element 21b and the second thermoelectric conversion module 4 operate as a Peltier element and a Peltier module, respectively.
  • thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4 two or more thermoelectric conversion elements 21 are typically arranged in an array.
  • the first thermoelectric conversion module 2 and / or the second thermoelectric conversion module 4 may include one thermoelectric conversion element 21.
  • thermoelectric conversion elements 21 may be the same or different between the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4.
  • the number of the first connection electrode 11, the second connection electrode 12, the third connection electrode 13, and the fourth connection electrode 14 is 1, respectively.
  • the number of each connection electrode may be 2 or more.
  • the voltage applied between the first connection electrode 11 and the second connection electrode 12 and the voltage applied between the third connection electrode 13 and the fourth connection electrode 14 can be controlled independently. This enables independent control of the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4. For example, a first voltage may be applied to the first thermoelectric conversion module 2, and a second voltage different from the first voltage may be applied to the second thermoelectric conversion module 4.
  • the thermoelectric conversion device 1 of FIG. 1 further includes a substrate (base layer) 6, a second insulating layer 7, and a protective layer 8.
  • the laminated structure 5 is provided on the substrate 6 via the second insulating layer 7.
  • the protective layer 8 is provided on the second thermoelectric conversion module 4.
  • the protective layer 8 is located on the outermost layer of the thermoelectric conversion device 1 (the outermost layer on the side opposite to the substrate 6 side).
  • the thermoelectric conversion device 1 has a structure in which a substrate 6, a second insulating layer 7, a first thermoelectric conversion module 2, a first insulating layer 3, a second thermoelectric conversion module 4, and a protective layer 8 are laminated in this order.
  • the first connection electrode 11, the second connection electrode 12, the third connection electrode 13, and the fourth connection electrode 14 are a protective layer 8 as via wiring embedded in a through hole extending through each layer and extending in the stacking direction of the laminated structure 5. It reaches the upper surface of the surface and is exposed on the upper surface.
  • the exposed end of the connection electrode can be, for example, a connection point with a control device and / or a control module that controls the voltage applied to the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4.
  • the thermoelectric conversion element 21 includes a p-type thermoelectric conversion unit 22 and an n-type thermoelectric conversion unit 23, which are thermoelectric conversion units, and a first electrode 24, a second electrode 25, and a third electrode 26.
  • One end of the p-type thermoelectric conversion unit 22 and one end of the n-type thermoelectric conversion unit 23 are electrically connected via the first electrode 24.
  • the other end of the p-type thermoelectric conversion unit 22 is electrically connected to the second electrode 25.
  • the other end of the n-type thermoelectric conversion unit 23 is electrically connected to the third electrode 26.
  • One of the electrodes selected from the second electrode 25 and the third electrode 26 is located on the electrical path connecting the connecting electrodes and on the upstream side of the path.
  • the other electrode selected from the second electrode 25 and the third electrode 26 is located on the electrical path connecting the connecting electrodes and on the downstream side of the path.
  • a voltage can be applied to the thermoelectric conversion element 21 via the second electrode 25 and the third electrode 26.
  • the second electrode 25 and the third electrode are electrically connected to each other between the adjacent thermoelectric conversion elements 21a.
  • the upstream and downstream of the electrical path may be determined, for example, based on the direction of the current flowing through the path when a typical voltage is applied to the thermoelectric conversion module.
  • the direction of connecting the pair of electrodes sandwiching the thermoelectric conversion unit in the thermoelectric conversion element 21 is usually the stacking direction of the laminated structure 5.
  • thermoelectric conversion element 21 and the thermoelectric conversion device 1 are usually the stacking direction of the laminated structure 5.
  • an insulating portion 27 is arranged between the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23, and due to this arrangement, between the thermoelectric conversion units 22 and 23. Electrical insulation is maintained.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 and / or the n-type thermoelectric conversion unit 23 of the thermoelectric conversion element 21, typically the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23, include a phononic crystal layer.
  • the phononic crystal layer comprises a plurality of regularly arranged through holes. The penetrating direction of the plurality of through holes in the phononic crystal structure is substantially parallel to the laminating direction of the laminated structure 5.
  • the phononic crystal layer is, for example, a first phononic crystal layer and a second phononic crystal layer, which will be described later.
  • the through holes are, for example, a first through hole and a second through hole, which will be described later.
  • thermoelectric conversion elements 21 include a phononic crystal layer. However, not all thermoelectric conversion elements 21 need to have a phononic crystal layer.
  • substantially parallel means that the relationship between two directions is, for example, 5 degrees or less, preferably 3 degrees or less, more preferably 1 degree or less, and even when the relationship is deviated from parallel. It is the purpose of considering it.
  • heat is mainly carried by lattice vibrations called phonons.
  • the thermal conductivity of a material composed of an insulator or a semiconductor is determined by the dispersion relation of phonons possessed by the material.
  • the dispersion relation of phonons means the relation between the frequency and the wave number, or the band structure.
  • heat-carrying phonons cover a wide frequency band from 100 GHz to 10 THz. This frequency band is a thermal band.
  • the thermal conductivity of a material is determined by the dispersion relation of phonons in the thermal zone. According to the phononic crystal structure, the dispersion relation of phonons of the material can be controlled by the periodic structure of the through holes.
  • the thermal conductivity itself of the material for example, the base material of the thermoelectric conversion unit
  • the formation of a phononic bandgap (PBG) due to the phononic crystal structure can significantly reduce the thermal conductivity of the material. Phonons cannot exist in PBG. Therefore, the PBG located in the thermal band can be a heat conduction gap. Further, even in a frequency band other than PBG, the slope of the phonon dispersion curve is reduced by PBG. Reducing the slope reduces the group velocity of phonons and reduces the thermal conductivity. These points greatly contribute to the reduction of the thermal conductivity of the material itself.
  • thermoelectric conversion unit of the thermoelectric conversion element 21 The phononic crystal structure that the thermoelectric conversion unit of the thermoelectric conversion element 21 can have will be described while exemplifying the p-type thermoelectric conversion unit 22 as the thermoelectric conversion unit.
  • the n-type thermoelectric conversion unit 23 may also have the phononic crystal structure described below.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 2 includes a first phononic crystal layer 44 having a first phononic crystal structure including a plurality of regularly arranged first through holes 43.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 in FIG. 2 is a single-layer structure of the first phononic crystal layer 44.
  • the penetrating directions of the plurality of first through holes 43 in the first phononic crystal structure and the first phononic crystal layer 44 are the directions connecting one end 41 and the other end 42 of the p-type thermoelectric conversion unit 22.
  • a first electrode 24 is arranged at one end 41.
  • a second electrode 25 is arranged at the other end 42.
  • the direction is substantially perpendicular to the connection surface with the first electrode 24 and the connection surface with the second electrode 25 in the p-type thermoelectric conversion unit 22.
  • substantially vertical means that even when the relationship between the two directions deviates from the vertical, for example, 5 degrees or less, preferably 3 degrees or less, more preferably 1 degree or less, the relationship is defined as vertical. It is the purpose to be regarded.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 is shown in FIG.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 3 has a second phononic crystal layer 46 having a second phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged second through holes 45. Further prepare.
  • the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46 are laminated in a direction connecting one end 41 and the other end 42 of the p-type thermoelectric conversion unit 22. Further, the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46 are laminated in the stacking direction of the laminated structure 5.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 in FIG. 3 is a laminated structure of a first phononic crystal layer 44 and a second phononic crystal layer 46.
  • the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46 are in contact with each other.
  • the distribution of PBG is three-dimensional, and in the phononic crystal layer, it is expected that the heat flow is controlled not only in the in-plane direction but also in the thickness direction, and the thermal conductivity is reduced by the control.
  • the "thickness direction in the phononic crystal layer" means the penetrating direction of a plurality of regularly arranged through holes.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 3 at least two phononic crystal layers are laminated in the thickness direction. Due to the increase in thickness due to lamination, more reliable control of the heat flow in the thickness direction in the p-type thermoelectric conversion unit 22 is expected.
  • the thickness of the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46 is, for example, 10 nm or more and 500 nm or less.
  • the thickness of each phononic crystal layer may be the same or different from each other.
  • the number of phononic crystal layers included in the p-type thermoelectric conversion unit 22 is not limited.
  • the phononic crystal layers may be laminated so as to be in contact with each other or may be laminated via other members.
  • Other members are, for example, an oxide film such as SiO 2 and a buffer layer described later.
  • FIG. 4 shows a plan view of the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 3 as viewed from the side of the first phononic crystal layer 44.
  • a plan view of the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 3 as viewed from the side of the second phononic crystal layer 46 is shown in FIG.
  • the configuration of the first phononic crystal structure of the first phononic crystal layer 44 and the configuration of the second phononic crystal structure of the second phononic crystal layer 46 Is different. Specifically, the period P of the arrangement of the first through holes 43 and the period P of the arrangement of the second through holes 45 are different.
  • the configuration of each phononic crystal layer may be the same.
  • the thickness of the phononic crystal layers 44, 46 corresponding to the lengths of the through holes 43, 45 may be at least twice the diameter of the through holes. In this case, it is possible to increase the distance between the upper and lower surfaces of the phononic crystal layers 44 and 46. As a result, the temperature difference between the upper surface and the lower surface of the phononic crystal layers 44 and 46 can be increased, and the thermoelectric conversion efficiency can be improved.
  • the "upper surface” and “lower surface” of the phononic crystal layer are one main surface when the phononic crystal layer is viewed in the penetrating direction of the through hole and the other facing the one main surface, respectively. Means the main aspect of. "Main surface” means the surface having the largest area.
  • the upper limit of the thickness of the phononic crystal layers 44 and 46 may be, for example, 100 times or less, 80 times or less, 60 times or less, and 50 times or less the diameter of the through hole.
  • the ratio of the total volume of the through holes 43, 45 contained in the phononic crystal layers 44, 46 to the volume of the phononic crystal layers 44, 46, in other words, the porosity of the phononic crystal layers, is 10% or more. May be good.
  • the volume of the phononic crystal layers 44 and 46 excluding the through holes 43 and 45 can be reduced, and the effect of PBG can be improved.
  • the thermal conductivity of the phononic crystal layers 44 and 46 can be further reduced, and the thermoelectric conversion efficiency can be improved.
  • the upper limit of the porosity of the phononic crystal layers 44 and 46 is, for example, 90% or less, and may be 70% or less, 50% or less, and 40% or less.
  • the following cases are exemplified as cases where the configuration of the first phononic crystal structure and the configuration of the second phononic crystal structure are different.
  • a plurality of cases may be combined.
  • the period P of the arrangement of the first through holes 43 and the period P of the arrangement of the second through holes 45 are different.
  • the diameter D of the first through hole 43 and the diameter D of the second through hole 45 are different.
  • the type of the unit lattice 91 composed of the first through hole 43 and the type of the unit lattice 91 composed of the second through hole 45 are different.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 may have each of the following forms as a case where the configuration of the first phononic crystal structure and the configuration of the second phononic crystal structure are different.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 may have a form in which the following forms are arbitrarily combined.
  • the first phononic crystal structure includes domain A, which is a phononic crystal region.
  • the second phononic crystal structure comprises domain B, which is the phononic crystal region. Domain A and domain B overlap in the penetrating direction of the first through hole 43 and the second through hole 45. The period P of the arrangement of the first through hole 43 in the domain A and the period of the arrangement of the second through hole 45 in the domain B are different.
  • Form B The first phononic crystal structure includes domain A, which is a phononic crystal region.
  • the second phononic crystal structure comprises domain B, which is the phononic crystal region. Domain A and domain B overlap in the penetrating direction of the first through hole 43 and the second through hole 45. The diameter of the first through hole 43 in the domain A and the diameter of the second through hole 45 in the domain B are different.
  • Form C The first phononic crystal structure includes domain A, which is a phononic crystal region.
  • the second phononic crystal structure comprises domain B, which is the phononic crystal region. Domain A and domain B overlap in the penetrating direction of the first through hole 43 and the second through hole 45.
  • the type of unit cell composed of the first through hole 43 in domain A and the type of unit cell composed of the second through hole 45 in domain B are different.
  • the domain which is a phononic crystal region is a region having an area of , for example, 25P 2 or more in a plan view, where the period of the arrangement of the through holes 43 and 45 is P.
  • the domain may have an area of at least 25P 2 or more.
  • an area of 25P 2 or more can be secured by setting the sides to 5 ⁇ P or more.
  • each domain in a plan view is not limited.
  • the shape of each domain in plan view is, for example, a polygon including a triangle, a square and a rectangle, a circle, an ellipse, and a composite shape thereof.
  • the shape of each domain in plan view may be indeterminate.
  • the number of domains that the phononic crystal structure has is not limited.
  • the size of each domain of the phononic crystal structure is not limited. One domain may extend throughout the phononic crystal layer.
  • the term "planar view" means viewing the phononic crystal layer in the penetrating direction of the through hole.
  • the period P of the arrangement of the through holes 43 and 45 is, for example, 1 nm or more and 300 nm or less. This is because the wavelength of heat-carrying phonons mainly ranges from 1 nm to 300 nm.
  • the period P is determined by the distance between the centers between the adjacent through holes 43 and 45 in a plan view.
  • the diameter D of the through holes 43 and 45 is represented by the ratio D / P to the period P, for example, D / P ⁇ 0.5.
  • the ratio D / P ⁇ 0.5, the porosity in the phononic crystal structure may be excessively reduced and the heat flow may not be sufficiently controlled, for example, the thermal conductivity may not be sufficiently reduced.
  • the upper limit of the ratio D / P is, for example, less than 0.9 because the adjacent through holes 43 and 45 do not touch each other.
  • the diameter D is the diameter of the openings of the through holes 43 and 45.
  • the diameter D is the diameter of the circle.
  • the shape of the openings of the through holes 43 and 45 does not have to be circular in a plan view. In this case, the diameter D is determined by the diameter of a virtual circle having the same area as the area of the opening.
  • Types of unit grid 91 composed of a plurality of regularly arranged through holes 43, 45 include, for example, a square grid (FIG. 6A), a hexagonal grid (FIG. 6B), a rectangular grid (FIG. 6C), and a face-centered length. It is a cubic lattice (Fig. 6D).
  • the type of unit cell 91 is not limited to these examples.
  • the material M constituting the phononic crystal layer that can be provided by the p-type thermoelectric conversion unit 22, the n-type thermoelectric conversion unit 23, and the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23 is typically p-type or n. It is a semiconductor material doped with impurity elements so as to have an appropriate semiconductor type.
  • the semiconductor material is, for example, silicon (Si), Ge, SiGe, SiC, ZnSe, CdSn, ZnO, GaAs, InP, and GaN.
  • the material M may be a material other than the semiconductor material, and the material is, for example, TiN, SiN, or VO 2 . However, the material M is not limited to the above example.
  • the Si-based semiconductor material generally has a relatively high thermal conductivity as a semiconductor material. For this reason, it has been difficult to achieve high thermoelectric conversion efficiency with a conventional thermoelectric conversion element provided with a thermoelectric conversion unit made of a Si-based semiconductor material.
  • the thermoelectric conversion unit includes a phononic crystal layer. Therefore, in the thermoelectric conversion element 21 and the thermoelectric conversion device 1 provided with the thermoelectric conversion element 21, high thermoelectric conversion efficiency can be achieved even when the thermoelectric conversion unit is made of a Si-based semiconductor material.
  • the base substrate may be the substrate 6.
  • -It is possible to form a base substrate made of a Si-based semiconductor material, for example, a Si wafer, a thermoelectric conversion element on the Si wafer, and a thermoelectric conversion device including the element.
  • -It is possible to embed a thermoelectric conversion element and a thermoelectric conversion device inside a base substrate made of a Si-based semiconductor material.
  • This makes it possible to form, for example, an integrated circuit such as a CPU or GPU on a base substrate in which a thermoelectric conversion element or a thermoelectric conversion device is embedded.
  • the integrated circuit device may be a semiconductor element in which the thermoelectric conversion device and the integrated circuit are integrated and housed in one package.
  • the first phononic crystal structure and the second phononic crystal structure may have the following forms.
  • the phononic crystal structure includes a first domain and a second domain which are phononic crystal regions.
  • the plurality of through holes in the first domain are regularly arranged in the first direction when the cross section perpendicular to the through hole through direction is viewed.
  • the plurality of through holes in the second domain are regularly arranged in a second direction different from the first direction when the cross section perpendicular to the through hole through direction is viewed.
  • the phononic crystal structure including a plurality of types of domains classified according to the direction of the sequence is hereinafter referred to as phononic crystal structure A.
  • the orientation of the array can be determined by the orientation of the unit cell.
  • the degree of reduction in thermal conductivity brought about by the phononic crystal structure depends on the angle formed by the direction of heat transfer and the orientation of the unit cell of the phononic crystal structure. It is considered that this is because the factors related to heat conduction such as the bandwidth of PBG, the number of PBGs and the average group velocity of phonons depend on the angle. Also, regarding heat transfer, macroscopically, phonons flow from high temperature to low temperature. On the other hand, focusing on the micro region on the order of nanometers, there is no directivity in the direction of phonon flow. That is, microscopically, the direction in which phonons flow is not uniform.
  • each of the above-mentioned patent documents and non-patent documents discloses a member having a plurality of phononic crystal regions in which the orientation of the unit cell is uniformly aligned.
  • the interaction is maximized with respect to phonons flowing in a specific direction from a microscopic point of view, the interaction is weakened with respect to phonons flowing in other directions.
  • the phononic crystal structure A has two or more phononic crystal regions in which the orientations of the unit cells are different from each other. Therefore, it is possible to enhance the interaction with each phonon flowing in a plurality of directions when viewed microscopically. This feature provides a further increase in the degree of freedom in controlling the heat flow.
  • the following description relates to the phononic crystal structure A that can be possessed by at least one phononic crystal layer selected from the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46.
  • the specific configuration of the phononic crystal structure A contained in each phononic crystal layer may be the same or different.
  • FIG. 7 shows a state in which a part of the phononic crystal layer 56 is viewed in a plan view.
  • the phononic crystal layer 56 can be at least one phononic crystal layer selected from the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46.
  • the phononic crystal layer 56 is, for example, a thin film having a thickness of 10 nm or more and 500 nm or less.
  • the phononic crystal layer 56 is rectangular in a plan view.
  • the phononic crystal layer 56 is provided with a plurality of through holes 50 extending in the thickness direction of the phononic crystal layer 56.
  • the phononic crystal structure A included in the phononic crystal layer 56 is a two-dimensional phononic crystal structure in which a plurality of through holes 50 are regularly arranged in the in-plane direction.
  • the phononic crystal structure A has a first domain 51A and a second domain 51B, which are phononic crystal regions.
  • the first domain 51A has a phononic single crystal structure having a plurality of through holes 50 regularly arranged in the first direction in a plan view.
  • the second domain 51B has a phononic single crystal structure having a plurality of through holes 50 regularly arranged in a second direction different from the first direction in a plan view.
  • the diameters and arrangement periods of the plurality of through holes 50 are the same.
  • the orientations of the unit lattices 91A and 91B of the plurality of through holes 50 arranged regularly are the same.
  • the shapes of the first domain 51A and the second domain 51B are rectangular in a plan view.
  • the shape of the first domain 51A and the shape of the second domain 51B are the same in a plan view.
  • the phononic crystal structure A is also a phononic polycrystalline structure 52, which is a complex of a plurality of phononic single crystal structures.
  • the orientation 53A of the unit cell 91A in the first domain 51A and the orientation 53B of the unit cell 91B in the second domain 51B are different from each other in a plan view.
  • the angle formed by the azimuth 53A and the azimuth 53B is, for example, 10 degrees or more in a plan view.
  • the upper limit of the angle formed by the direction 53A and the direction 53B is less than 360 / n degrees.
  • the maximum n is used as n for determining the upper limit of the angle.
  • the hexagonal lattice has 2-fold rotational symmetry, 3-fold rotational symmetry, and 6-fold rotational symmetry.
  • "6" is used for n that sets the upper limit of the angle. That is, with respect to the unit lattices 91A and 91B, which are hexagonal lattices, the angle formed by the orientation 53A and the orientation 53B is less than 60 degrees.
  • the phononic crystal structure A has at least two or more phononic crystal regions in which the orientations of the unit cells are different from each other. As long as this condition is satisfied, the phononic crystal structure A may further include an arbitrary phononic crystal region and / or a region having no phononic crystal structure.
  • the orientation of the unit cell can be determined based on any rule. However, it is necessary to apply the same rules between different domains to determine the orientation of the unit cell.
  • the orientation of the unit cell is, for example, the extension direction of a straight line that bisects the angle formed by two non-parallel sides constituting the unit cell. However, it is necessary to set two sides with the same rule between different domains.
  • FIG. 7 An enlarged view of the region R1 of the phononic crystal structure A of FIG. 7 is shown in FIG.
  • the interface 55 which changes the orientation of the unit cell, provides a large interfacial resistance to the heat flowing macroscopically through the phononic crystal structure A.
  • This interfacial resistance is based on the phonon group velocity mismatch that occurs between the first domain 51A and the second domain 51B.
  • This interfacial resistance contributes to the reduction of the thermal conductivity in the phononic crystal layer 56 having the phononic crystal structure A.
  • the interface 55 in FIG. 9 extends linearly in a plan view.
  • the interface 55 extends in the width direction of the rectangular phononic crystal layer 56 in a plan view.
  • the width direction can be a direction perpendicular to the extension direction of the center line of the phononic crystal layer 56 determined by the macroscopic heat transfer direction.
  • the interface 55 divides the phononic crystal structure A substantially perpendicular to the macroscopic heat transfer direction in a plan view.
  • the period P of the arrangement of the plurality of through holes 50 in the first domain 51A is equal to the period P of the arrangement of the plurality of through holes 50 in the second domain 51B.
  • the diameters of the plurality of through holes 50 regularly arranged in the first domain 51A are equal to the diameters of the plurality of through holes 50 regularly arranged in the second domain 51B.
  • the type of the unit cell 91A in the first domain 51A and the type of the unit cell 91B in the second domain 51B are the same.
  • the unit grid 91A and the unit grid 91B in FIG. 7 are both hexagonal grids.
  • the number of domains possessed by the phononic crystal structure A is not limited. As the number of domains contained in the phononic crystal structure A increases, the effect of interfacial resistance due to the interface between the domains increases.
  • the interface 55 between the adjacent first domain 51A and the second domain 51B is in the direction of the long side of the rectangular phononic crystal layer 56 in a plan view. It is extending.
  • the phononic crystal structure A of FIGS. 10 and 11 has the same structure as the phononic crystal structure A of FIG. 7.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the region R2 of FIG.
  • the size of the first domain 51A and the size of the second domain 51B are the same in a plan view. However, in a plan view, the sizes of the first domain 51A and the second domain 51B of the phononic structure A may be different from each other.
  • the first domain 51B is surrounded by the second domain 51A in a plan view.
  • the outer shape of the first domain 51A is rectangular in a plan view.
  • the shape of the second domain 51B is rectangular in a plan view.
  • the size of the first domain 51A and the size of the second domain 51B are different in a plan view.
  • the interface 55 between the second domain 51B and the first domain 51A surrounding the second domain 51B constitutes the outer edge of the second domain 51B in a plan view.
  • the phononic crystal structure A of FIGS. 12 and 13 has the same structure as the phononic crystal structure A of FIG. 7.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the region R3 of FIG.
  • the interface 55 has a bent portion.
  • the phononic crystal structure A of FIGS. 12 and 13 has a second domain 51B that is not in contact with the side of the phononic crystal layer 56.
  • the first domain 51A and the second domain 51B are arranged apart from each other in a plan view. More specifically, in a plan view, a region 201 having no through hole 50 is provided between the first domain 51A and the second domain 51B in the long side direction of the phononic crystal layer 56.
  • the phononic crystal structure A of FIG. 14 has the same structure as the phononic crystal structure A of FIG. 7.
  • the first domain 51A and the second domain 51B are arranged apart from each other in a plan view. More specifically, in a plan view, a region 202 having randomly provided through holes 50 is provided between the first domain 51A and the second domain 51B in the long side direction of the phononic crystal layer 56. .. In the region 202, the through holes 50 are not regularly arranged in a plan view. Alternatively, in the region 202, the area of the regularly arranged regions is, for example, less than 25P 2 in a plan view. Here, P is the period of the arrangement of the through holes 50.
  • the phononic crystal structure A of FIG. 15 has the same structure as the phononic crystal structure A of FIG.
  • the polycrystalline structure 52 which is the phononic crystal structure A of FIG. 16, includes a plurality of domains 51A, 51B, 51C, 51D, 51E, 51F and 51G having different shapes in a plan view.
  • the period of the arrangement of the plurality of through holes 50 and the orientation of the unit cell are the same.
  • the orientations of the unit cells are different between the domains.
  • the size and shape of each domain are different from each other.
  • the interface 55 between the domains extends in a plurality of random directions in a plan view. Therefore, the effect of reducing the thermal conductivity based on the interfacial resistance becomes more remarkable.
  • the interface 55 between the adjacent first domain 51A and the second domain 51B extends in a direction inclined from the width direction of the phononic crystal layer 56 in a plan view.
  • the interface 55 also has a bent portion in a plan view.
  • the polycrystalline structure 52 which is the phononic crystal structure A, may include a first domain 51A and a second domain 51B in which the period P of the arrangement of the through holes 50 and / or the diameter D of the through holes 50 are different from each other.
  • the diameter D of the through hole 50 in the first domain 51A shown in FIG. 17A and the diameter D of the through hole 50 in the second domain 51B shown in FIG. 17B are different from each other.
  • the period P of the arrangement of the through holes 50 in the first domain 51A shown in FIG. 17A is the same as the period P of the arrangement of the through holes 50 in the second domain 51B shown in FIG. 17B.
  • the phononic crystal structure A shown in FIG. 18 has a first domain 51A in which a plurality of through holes 50 having a relatively small period P and a diameter D are regularly arranged, and a relatively large period P and a diameter D. It has a second domain 51B in which a plurality of through holes 50 are regularly arranged. Further, the phononic crystal structure A of FIG. 18 has a region 92 having a plurality of through holes 50 having a relatively small period P and a diameter D, and a plurality of through holes 50 having a relatively large period P and a diameter D. It has a region 93 and the like. The region 92 and the region 93 are adjacent to each other.
  • the regions 92 and 93 each include a plurality of domains having different shapes in a plan view and having different unit cell orientations from each other, as in the example shown in FIG. Further, the region 92 and the region 93 divide the phononic crystal structure A substantially parallel to the macroscopic heat transfer direction.
  • the frequency band of the PBG formed in the first domain 51A and the frequency band of the PBG formed in the second domain 51B are different, the effect of reducing the thermal conductivity becomes particularly remarkable.
  • the phononic crystal structure A shown in FIG. 19 has a first domain 51A in which a plurality of through holes 50 having a relatively small period P and a diameter D are regularly arranged, and a relatively large period P and a diameter D. It includes a second domain 51B in which a plurality of through holes 50 are regularly arranged.
  • the phononic crystal structure A of FIG. 19 contains a plurality of domains having different shapes in a plan view and having different unit cell orientations. In this embodiment, since the frequency band of the PBG formed in the first domain 51A and the frequency band of the PBG formed in the second domain 51B are different, the effect of reducing the thermal conductivity becomes particularly remarkable.
  • the shape of the phononic crystal layer 56 is, for example, a polygon including a triangle, a square and a rectangle, a circle, an ellipse, and a composite shape thereof in a plan view.
  • the shape of the phononic crystal layer 56 is not limited to the above example.
  • thermoelectric conversion unit is, for example, a polygon including a triangle, a square and a rectangle, a circle, an ellipse, and a composite shape thereof in a plan view.
  • shape of the thermoelectric conversion unit is not limited to the above example.
  • the thermoelectric conversion unit may have a rectangular parallelepiped or cubic shape.
  • the thermoelectric conversion unit may include two or more first phononic crystal layers 44 and / or two or more second phononic crystal layers 46. Further, the thermoelectric conversion unit may include a further phononic crystal layer having a phononic crystal structure having a specific structure different from that of the first phononic crystal structure and the second phononic crystal structure.
  • FIG. 20B shows a cross section 20B-20B of the phononic crystal layer 56 of FIG. 20A.
  • the phononic crystal layer 56 shown in FIGS. 20A and 20B further comprises a plurality of pillars 61.
  • the pillar 61 is a columnar body extending linearly.
  • Each of the pillars 61 is filled in the through hole 50 of the phononic crystal layer 56.
  • the peripheral surface of the pillar 61 is covered with an oxide film 62.
  • the through holes 50 which are holes, are filled with pillars 61.
  • the degree of freedom in controlling the characteristics of the through hole 50 in the phononic crystal layer 56 with respect to the through direction can be improved. More specifically, for example, in a thermoelectric conversion unit which is a laminated structure of two or more phononic crystal layers 56, one end 41 and the other end are maintained while maintaining low thermal conductivity based on the phononic crystal structure. It is possible to improve the electron conductivity with the portion 42.
  • the peripheral surface of the pillar 61 is covered with the oxide film 62.
  • the oxide film 62 is not always necessary.
  • the phononic crystal layer 56 further including the pillar 61 is, for example, the first phononic crystal layer 44 and / or the second phononic crystal layer 46.
  • the pillar 61 may be filled in both the first through hole 43 and the second through hole 45.
  • the pillar 61 is typically made of a semiconductor material.
  • the materials constituting the pillar 61 are, for example, Si, SiGe, SiC, TiN, SiN, and VO 2 .
  • the material constituting the pillar 61 is not limited to the above example.
  • the oxide film 62 is, for example, a SiO 2 film. However, the oxide film 62 is not limited to the above example.
  • FIG. 21 shows an example of a p-type thermoelectric conversion unit 22 including a first phononic crystal layer 44 and a second phononic crystal layer 46 filled with pillars 61.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 21 includes the phononic crystal layer 56 shown in FIGS. 20A and 20B as the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 in FIG. 21 is a two-layer structure including two phononic crystal layers 56.
  • a buffer layer 63 is arranged between the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46.
  • the material constituting the pillar 61 (excluding the oxide film 62) in the first phononic crystal layer 44 and the material constituting the buffer layer 63 are the same. Further, the material constituting the buffer layer 63 and the material constituting the second phononic crystal layer 46 (excluding the pillar 61 and the oxide film 62) are the same.
  • FIGS. 22A and 22B shows a cross section 22B-22B of the phononic crystal layer 56 of FIG. 22A.
  • the phononic crystal layer 56 shown in FIGS. 22A and 22B further comprises a plurality of pillars 61. Each of the pillars 61 is filled in the through hole 50 of the phononic crystal layer 56.
  • the material constituting the pillar 61 is different from the material constituting the phononic crystal layer 56.
  • FIG. 23 shows an example of the p-type thermoelectric conversion unit 22 including the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46 filled with pillars 61.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 23 is a three-layer structure having three phononic crystal layers 56 in which the first phononic crystal layer 44, the second phononic crystal layer 46, and the first phononic crystal layer 44 are arranged in this order. Is.
  • a first buffer layer 63A is arranged between the first phononic crystal layer 44 and the second phononic crystal layer 46, which are the lowest layers.
  • a second buffer layer 63B is arranged between the second phononic crystal layer 46 and the first phononic crystal layer 44, which is the uppermost layer.
  • the material constituting the pillar 61 in the first phononic crystal layer 44 and the material constituting the second buffer layer 63B are the same.
  • the material constituting the pillar 61 in the second phononic crystal layer 46 and the material constituting the first buffer layer 63A are the same.
  • the material constituting the first phononic crystal layer 44 (excluding the pillar 61) and the material constituting the first buffer layer 63A are the same.
  • the material constituting the second phononic crystal layer 46 (excluding the pillar 61) and the material constituting the second buffer layer 63B are the same.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 of FIG. 23 is composed of two types of materials. Both of the two types of materials can be semiconductor materials.
  • the first connection electrode 11, the second connection electrode 12, the third connection electrode 13, the fourth connection electrode 14, the first electrode 24, the second electrode 25, and the third electrode 26 are made of a conductive material.
  • the conductive material is typically a metal.
  • the metal is, for example, chromium (Cr), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and copper (Cu).
  • the conductive material is not limited to the above example.
  • At least one electrode selected from the first connection electrode 11, the second connection electrode 12, the third connection electrode 13, the fourth connection electrode 14, the first electrode 24, the second electrode 25, and the third electrode 26 is a phononic crystal layer. May be provided.
  • the penetrating direction of the plurality of through holes in the phononic crystal layer may be substantially parallel to the laminating direction of the laminated structure 5.
  • the substrate (base layer) 6 is typically composed of a semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, Si.
  • the substrate 6 may be a Si wafer.
  • An oxide film may be formed on the upper surface of the substrate 6 made of Si.
  • the oxide film is, for example, a SiO 2 film.
  • the oxide film may be the second insulating layer 7.
  • the configuration of the substrate 6 is not limited to the above example.
  • an integrated circuit may be embedded inside the substrate 6.
  • the substrate 6 may have a laminated structure in which a plurality of layers are laminated. At least a part of the region of the substrate 6 may include a phononic crystal layer.
  • the penetrating direction of the plurality of through holes in the phononic crystal layer may be substantially parallel to the laminating direction of the laminated structure 5.
  • the first insulating layer 3 can function as a layer that retains electrical insulation between the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4.
  • the second insulating layer 7 can function as a layer that retains electrical insulation between the substrate 6 and the first thermoelectric conversion module 2.
  • the first insulating layer 3, the second insulating layer 7, and the insulating portion 27 are typically made of an insulating material.
  • the insulating material is, for example, an oxide of a metal containing Si, a nitride, or an oxynitride.
  • the insulating material may be SiO 2. However, the insulating material is not limited to the above example.
  • At least one selected from the first insulating layer 3, the second insulating layer 7, and the insulating portion 27 may include a phononic crystal layer.
  • the penetrating direction of the plurality of through holes in the phononic crystal layer may be substantially parallel to the laminating direction of the laminated structure 5.
  • the protective layer 8 can function as a layer that protects the thermoelectric conversion device 1.
  • the protective layer 8 is made of, for example, an insulating material. Examples of insulating materials are as described above.
  • the protective layer 8 may include a phononic crystal layer. The penetrating direction of the plurality of through holes in the phononic crystal layer may be substantially parallel to the laminating direction of the laminated structure 5.
  • thermoelectric conversion device 1 According to the form in which the members other than the thermoelectric conversion portion of the thermoelectric conversion element 21 are also provided with the phononic crystal layer, the thermal conductivity in the in-plane direction in the thermoelectric conversion device 1 can be reduced. This reduction makes it possible to further improve the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric conversion device 1. Further, by this reduction, the diffusion of heat in the in-plane direction can be suppressed, and the degree of freedom in constructing the electronic device provided with the thermoelectric conversion device 1 can be improved.
  • the thermoelectric conversion device 1 may further include a temperature detection module.
  • the first thermoelectric conversion module 2 and / or the second thermoelectric conversion module 4 can be controlled based on the temperature information acquired by the temperature detection module.
  • Information about temperature is, for example, a temperature value, a rate of change in temperature, and a history of temperature.
  • the thermoelectric conversion device 1 of FIG. 1 includes a temperature detection module 28 inside the first insulating layer 3.
  • the temperature detection module 28 is located at the center of the laminated structure 5 when viewed in the laminated direction.
  • the position of the temperature detection module 28 is not limited to the above example.
  • the temperature detection module 28 includes, for example, at least one selected from a thermocouple element, a resistance temperature detector and a thermistor.
  • the thermoelectric conversion device 1 may further include a control module that controls the voltage applied to the first thermoelectric conversion module 2 and / or the second thermoelectric conversion module 4.
  • the control module can be configured by, for example, an integrated circuit.
  • the control module may include a power supply that applies a voltage to the first thermoelectric conversion module 2 and / or the second thermoelectric conversion module 4, or a signal transmitter that sends a control signal to a power supply provided separately from the control module. May be provided.
  • the control module and the temperature detection module 28 may be connected.
  • thermoelectric conversion device 1 may further include any member and / or module other than those described above.
  • the thermoelectric conversion device 1 can be used as a Peltier type cooling and / or heating device.
  • the object to be cooled and / or heated by the thermoelectric conversion device 1 is, for example, a heat source.
  • the heat source is, for example, an integrated circuit such as a CPU or GPU, or an integrated circuit device including an integrated circuit.
  • the object is not limited to the above example.
  • the amount of heat generated by an integrated circuit changes irregularly depending on the load. Therefore, although it is desired to be constant, the temperature of the integrated circuit is forced to fluctuate irregularly. According to the thermoelectric conversion device 1, for example, the irregular fluctuation can be suppressed, and the temperature change of the integrated circuit can be kept within a predetermined range. In other words, the thermoelectric conversion device 1 is particularly advantageous when the object is an integrated circuit and / or an integrated circuit device.
  • thermoelectric conversion device 1 may be used as a Seebeck type power generation device.
  • thermoelectric conversion apparatus of the present disclosure includes various thin film forming methods such as chemical vapor deposition (CVD), sputtering and vapor deposition, as well as electron beam lithography, photolithography, block copolymer lithography, selective etching and chemomechanical polishing ( It can be manufactured by a combination of various microfabrication methods such as CMP) and a pattern forming method.
  • Block copolymer lithography is suitable for forming phononic crystal structures.
  • thermoelectric conversion element 21 including the phononic crystal layer An example of a method for manufacturing the thermoelectric conversion element 21 including the phononic crystal layer will be described below with reference to FIGS. 24A to 24O.
  • the method for manufacturing the thermoelectric conversion element that the thermoelectric conversion device 1 can provide is not limited to the following examples.
  • FIG. 24A Substrate 71 is prepared. An oxide film 72 is provided on the upper surface of the substrate 71.
  • the oxide film 72 is, for example, a SiO 2 film.
  • FIG. 24B A metal layer 73 is formed on the oxide film 72.
  • the metal layer 73 later becomes the first electrode 24.
  • the metal layer 73 is, for example, a Cr layer.
  • the metal layer 73 is formed by, for example, sputtering.
  • the thickness of the metal layer 73 is, for example, 50 nm.
  • FIG. 24C A semiconductor layer 74 is formed on the metal layer 73.
  • the semiconductor layer 74 is, for example, a polycrystalline Si layer.
  • the semiconductor layer 74 is formed by, for example, CVD.
  • the thickness of the semiconductor layer 74 is, for example, 200 nm.
  • FIG. 24D A hard mask 75 is formed on the semiconductor layer 74.
  • the hard mask 75 is, for example, a SiO 2 layer.
  • the hard mask 75 is formed by, for example, CVD.
  • the thickness of the hard mask 75 is, for example, 30 nm.
  • the hard mask 75 is used to form a phononic crystal structure on the semiconductor layer 74.
  • FIG. 24E A self-assembled monolayer 76 of block copolymer is formed on the hard mask 75.
  • the self-assembled monolayer 76 is used for block copolymer lithography for forming a phononic crystal structure.
  • FIG. 24F By block copolymer lithography, a plurality of regularly arranged through holes 77 are formed in the hard mask 75.
  • FIG. 24G By selective etching using the hard mask 75 as a resist, a plurality of regularly arranged through holes 50 are formed in the semiconductor layer 74 at positions corresponding to the plurality of through holes 77 when viewed in a plan view. Will be done.
  • the plurality of through holes 50 formed constitute a phononic crystal structure.
  • the semiconductor layer 74 becomes a phononic crystal layer 56.
  • FIG. 24H The hard mask 75 and the self-assembled monolayer 76 are removed.
  • FIG. 24I An oxide film 62 is formed on the inner peripheral surface of the through hole 50 in the phononic crystal layer 56.
  • the oxide film 62 is, for example, a SiO 2 film.
  • the oxide film 62 is formed by, for example, thermal oxidation.
  • the thickness of the oxide film 62 is, for example, 1 nm.
  • FIG. 24J A semiconductor is filled inside the through hole 50 in the phononic crystal layer 56 to form a pillar 61 having an oxide film 62 on the peripheral surface.
  • the pillar 61 is made of, for example, polycrystalline Si.
  • the pillar 61 is formed by, for example, CVD.
  • a layer 78 made of the semiconductor material constituting the pillar 61 is formed on the phononic crystal layer 56.
  • FIG. 24K Layer 78 is removed by a method such as CMP. In this way, the phononic crystal layer 56 further including the pillar 61 is formed.
  • FIG. 24L Using a technique such as photolithography, impurity ions are injected and doped into a part of the phononic crystal layer 56 to form the p-type thermoelectric conversion unit 22.
  • the impurity ion is, for example, a boron ion.
  • FIG. 24M Using a technique such as photolithography, impurity ions are injected and doped into a region of the phononic crystal layer 56 different from the p-type thermoelectric conversion unit 22 to form the n-type thermoelectric conversion unit 23.
  • the impurity ion is, for example, a phosphorus ion.
  • the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23 are separated from each other.
  • FIG. 24N The whole is heat-treated (annealed) to activate the doped impurity ions.
  • FIG. 24O A second electrode 25 is formed on the p-type thermoelectric conversion unit 22.
  • the third electrode 26 is formed on the n-type thermoelectric conversion unit 23.
  • the second electrode 25 and the third electrode 26 are made of, for example, Al.
  • the thermoelectric conversion element 21 is formed.
  • the region between the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23 in the phononic crystal layer 56 is left as the insulating unit 27.
  • the insulating portion 27 has a phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged through holes 50. According to this form, the thermal conductivity in the in-plane direction of the element 21 between the p-type thermoelectric conversion unit 22 and the n-type thermoelectric conversion unit 23 can be reduced. Further, this reduction makes it possible to further improve the thermoelectric conversion efficiency of the thermoelectric conversion element 21 and the thermoelectric conversion device 1.
  • thermoelectric conversion device of the second embodiment is shown in FIG.
  • the thermoelectric conversion device 1 of the second embodiment further includes a third insulating layer 10 provided on the second thermoelectric conversion module 4 and a third thermoelectric conversion module 9 provided on the third insulating layer 10. It has the same configuration as the thermoelectric conversion device 1 of the first embodiment except that the protective layer 8 is located on the third thermoelectric conversion module 9.
  • the thermoelectric conversion device 1 of the second embodiment has a structure in which three thermoelectric conversion modules 2, 4 and 9 are laminated.
  • the thermoelectric conversion device of the present disclosure may include a further thermoelectric conversion module in addition to the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4 as long as it has the laminated structure 5.
  • the number of thermoelectric conversion modules included in the thermoelectric conversion device of the present disclosure is not limited.
  • the third thermoelectric conversion module 9 includes two or more thermoelectric conversion elements 21 (21c), a fifth connection electrode 15, and a sixth connection electrode 16.
  • the thermoelectric conversion element 21c of the third thermoelectric conversion module 9 is electrically connected to the fifth connection electrode 15 and the sixth connection electrode 16.
  • the thermoelectric conversion element 21c is located on an electrical path connecting the connection electrodes 15 and 16 included in the third thermoelectric conversion module 9.
  • the thermoelectric conversion element 21c and the third thermoelectric conversion module 9 operate as a Peltier element and a Peltier module, respectively.
  • the third thermoelectric conversion module 9 may have the same structure as the first thermoelectric conversion module 2 and / or the second thermoelectric conversion module 4.
  • independent control is possible between the thermoelectric conversion modules 2, 4 and 9.
  • the laminated body of the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4 via the first insulating layer 3 can be regarded as the laminated structure 5 (5a), or the third insulation
  • the laminated body of the second thermoelectric conversion module 4 and the third thermoelectric conversion module 9 via the layer 10 can also be regarded as the laminated structure 5 (5b).
  • the laminated structure 5b can be independently controlled for each thermoelectric conversion module.
  • the control for the laminated structure 5b may be the same as the control for the laminated structure 5a.
  • thermoelectric conversion device of the third embodiment is shown in FIG.
  • the thermoelectric conversion element 21 of the first embodiment and the second embodiment is an element referred to by those skilled in the art as a ⁇ -type element having a p-type thermoelectric conversion unit 22 and an n-type thermoelectric conversion unit 23 in one element. ..
  • the thermoelectric conversion element that can be provided in the thermoelectric conversion device of the present disclosure is not limited to the ⁇ type.
  • the thermoelectric conversion device 1 of the third embodiment includes a thermoelectric conversion element 31 different from the ⁇ type.
  • the thermoelectric conversion device 1 of the third embodiment has the same configuration as the thermoelectric conversion device 1 of the first embodiment, except that the thermoelectric conversion element 31 is provided instead of the thermoelectric conversion element 21.
  • the thermoelectric conversion element 31 includes two thermoelectric conversion units 32 and 33 adjacent to each other.
  • the thermoelectric conversion units 32 and 33 have the same conductive type.
  • the thermoelectric conversion element 31 includes two p-type thermoelectric conversion units or n-type thermoelectric conversion units that are adjacent to each other.
  • the thermoelectric conversion element 31 includes a fourth electrode 34, a fifth electrode 35, and a sixth electrode 36.
  • One end of one thermoelectric conversion unit 32 and one end of the other thermoelectric conversion unit 33 are electrically connected via a fourth electrode 34.
  • the fourth electrode 34 electrically connects the lower surface of the thermoelectric conversion unit 32 and the upper surface of the thermoelectric conversion unit 33.
  • the fourth electrode 34 has a via wiring 37 (37a) extending in the thickness direction of the laminated structure 5.
  • thermoelectric conversion unit 32 is electrically connected to the fifth electrode 35.
  • the other end of the thermoelectric conversion unit 33 is electrically connected to the sixth electrode 36.
  • One of the electrodes selected from the fifth electrode 35 and the sixth electrode 36 is located on the electrical path connecting the connection electrodes and on the upstream side of the path.
  • the other electrode selected from the fifth electrode 35 and the sixth electrode 36 is located on the electrical path connecting the connecting electrodes and on the downstream side of the path.
  • a voltage can be applied to the thermoelectric conversion element 31 via the fifth electrode 35 and the sixth electrode 36.
  • the direction of connecting the pair of electrodes sandwiching the thermoelectric conversion unit is usually the stacking direction of the laminated structure 5.
  • thermoelectric conversion element 31 is an element known to those skilled in the art as a uni-leg type.
  • thermoelectric conversion modules 2 and 4 of FIG. 26 include two or more thermoelectric conversion elements 31. Between the adjacent elements 31, the fifth electrode 35 and the sixth electrode 36 are electrically connected via a via wiring 37 (37b) extending in the stacking direction of the laminated structure 5.
  • thermoelectric conversion element 31 can have an arbitrary configuration known as a uni-leg type as long as the thermoelectric conversion unit has a phononic crystal layer.
  • thermoelectric conversion device 1 An example of the control method of the thermoelectric conversion device 1 is shown in FIG.
  • the control method of FIG. 27 includes a step of applying a first voltage to the first thermoelectric conversion module 2 and applying a second voltage to the second thermoelectric conversion module 4. The first voltage and the second voltage are different in the application pattern.
  • the control method of FIG. 27 is a kind of a method of performing independent control for each thermoelectric conversion module included in the thermoelectric conversion device 1.
  • Examples of different aspects of the application pattern are as follows. However, different aspects of the application pattern are not limited to the following examples. -At least one selected from the effective voltage value, the maximum voltage value, and the minimum voltage value is different. -When applying a pulse voltage, at least one selected from the pulse width, period, waveform and duty ratio is different.
  • thermoelectric conversion device includes the first temperature detection module 28, the application pattern of the first voltage and / or the second voltage may be controlled based on the information regarding the temperature acquired by the temperature detection module 28.
  • thermoelectric conversion device 1 An object to be cooled and / heated by the thermoelectric conversion device 1 may be arranged in the vicinity of the thermoelectric conversion device 1.
  • the object is, for example, a heat source. Examples of heat sources are as described above.
  • the object is arranged, for example, on the side opposite to the substrate 6 in the thermoelectric conversion device 1.
  • the object may be in contact with the thermoelectric conversion device 1.
  • the object may be in contact with the protective layer 8, the insulating layer, or the thermoelectric conversion module of the thermoelectric conversion device 1. Further, at this time, at least one selected from the following control A, control B, and control C may be implemented.
  • Control A The object is provided with a second temperature detection module, or the second temperature detection module is arranged between the object and the thermoelectric conversion device 1, and information on the temperature acquired by the second temperature detection module.
  • the application pattern of the first voltage and / or the second voltage is controlled based on the above. As a result, the degree of freedom in controlling the cooling and / or heating of the object can be further improved.
  • Control B The voltage applied to the thermoelectric conversion module closer to the object selected from the thermoelectric conversion module group included in the thermoelectric conversion device 1 has a higher frequency than the voltage applied to the thermoelectric conversion module farther from the object.
  • the application pattern of the first voltage and / or the second voltage is controlled so as to change with.
  • the thermoelectric conversion module group of the first and third embodiments is composed of a first thermoelectric conversion module 2 and a second thermoelectric conversion module 4.
  • the thermoelectric conversion module group of the second embodiment is composed of a first thermoelectric conversion module 2, a second thermoelectric conversion module 4, and a third thermoelectric conversion module 9.
  • thermoelectric conversion module group composed of three or more thermoelectric conversion modules
  • any two thermoelectric conversion modules adjacent to each other across the insulating layer are defined as the first thermoelectric conversion module 2 and the second thermoelectric conversion module 4. It is optional to apply the first voltage and the second voltage.
  • Control C The application pattern of the first voltage and / or the second voltage is controlled so that the change in the temperature of the object is within a predetermined range.
  • FIGS. 28 and 29 A more specific example of control B is shown in FIGS. 28 and 29.
  • the control method of FIGS. 28 and 29 is a control method of the thermoelectric conversion device 1 including three thermoelectric conversion modules.
  • the voltage applied to the thermoelectric conversion module A closest to the object is higher than the voltage applied to the thermoelectric conversion module B and the thermoelectric conversion module C further away from the object.
  • the voltage application pattern is controlled so that it changes with frequency. Further, the voltage application pattern changes so that the voltage applied to the thermoelectric conversion module B changes more frequently than the voltage applied to the thermoelectric conversion module C farther from the object than the thermoelectric conversion module B. Be controlled.
  • the application of voltage to the thermoelectric conversion modules A and B is irregular.
  • the above control method is also a method of cooling and / or heating an object using the thermoelectric conversion device 1.
  • the present disclosure is a method of cooling and / or heating an object by using a thermoelectric conversion device from a different aspect from the above, and the thermoelectric conversion device is the thermoelectric conversion device of the present disclosure.
  • a step of applying a first voltage to the first thermoelectric conversion module and applying a second voltage different from the first voltage to the second thermoelectric conversion module in an application pattern is included.
  • thermoelectric conversion device that cools and / or heats the integrated circuit
  • thermoelectric conversion device is an electronic device that is the thermoelectric conversion device of the present disclosure. Examples of electronic devices are as described above.
  • thermoelectric conversion device of the present disclosure can be used as, for example, a Peltier type cooling device and / or a heating device. Examples of inventions derived from the above disclosure contents are listed below.
  • thermoelectric converter 1st thermoelectric conversion module It is a thermoelectric converter 1st thermoelectric conversion module, A first insulating layer provided on the first thermoelectric conversion module, and a second thermoelectric conversion module provided on the first insulating layer.
  • the first thermoelectric conversion module includes at least one thermoelectric conversion element, a first connection electrode, and a second connection electrode.
  • the at least one thermoelectric conversion element of the first thermoelectric conversion module is electrically connected to the first connection electrode and the second connection electrode, and connects the first connection electrode and the second connection electrode.
  • the second thermoelectric conversion module includes at least one thermoelectric conversion element, a third connection electrode, and a fourth connection electrode.
  • the at least one thermoelectric conversion element of the second thermoelectric conversion module is electrically connected to the third connection electrode and the fourth connection electrode, and connects the third connection electrode and the fourth connection electrode.
  • the at least one thermoelectric conversion element of the first thermoelectric conversion module and the at least one thermoelectric conversion element of the second thermoelectric conversion module include a thermoelectric conversion unit.
  • the thermoelectric conversion unit includes a phononic crystal layer having a phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged through holes, and the penetration directions of the plurality of through holes are the first thermoelectric conversion module, the first. It is substantially parallel to the stacking direction of the insulating layer and the second thermoelectric conversion module. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 2) The thermoelectric conversion device according to item 1.
  • the at least one thermoelectric conversion element of the first thermoelectric conversion module includes two or more thermoelectric conversion elements. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 3) The thermoelectric conversion device according to item 1.
  • the at least one thermoelectric conversion element of the second thermoelectric conversion module includes two or more thermoelectric conversion elements. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 4) The thermoelectric conversion device according to item 2.
  • the two or more thermoelectric conversion elements are electrically connected to each other in series between the first connection electrode and the second connection electrode. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 5) The thermoelectric conversion device according to item 3.
  • the two or more thermoelectric conversion elements are electrically connected to each other in series between the first connection electrode and the second connection electrode. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 6) The thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 5.
  • the at least one thermoelectric conversion element of at least one thermoelectric conversion module selected from the group consisting of the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module is p-type thermoelectric converter, n-type thermoelectric converter, 1st electrode, 2nd electrode and 3rd electrode, Equipped with here,
  • the thermoelectric conversion unit includes the p-type thermoelectric conversion unit and the n-type thermoelectric conversion unit. One end of the p-type thermoelectric conversion unit and one end of the n-type thermoelectric conversion unit are electrically connected to each other via the first electrode. The other end of the p-type thermoelectric conversion unit is electrically connected to the second electrode.
  • the other end of the n-type thermoelectric conversion unit is electrically connected to the third electrode.
  • the second electrode and one of the electrodes selected from the third electrode are located on the electrical path and upstream of the path, and the other electrode selected from the second electrode and the third electrode.
  • the electrodes are located on the electrical path and downstream of the path. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device The thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 5.
  • the at least one thermoelectric conversion element of at least one thermoelectric conversion module selected from the group consisting of the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module is Two p-type thermoelectric converters adjacent to each other, 4th electrode, 5th electrode and 6th electrode, Equipped with here,
  • the thermoelectric conversion unit includes the two p-type thermoelectric conversion units. One end of the thermoelectric conversion unit and one end of the other thermoelectric conversion unit are electrically connected to each other via the fourth electrode. The other end of the one thermoelectric conversion unit is electrically connected to the fifth electrode. The other end of the other thermoelectric conversion unit is electrically connected to the sixth electrode.
  • One of the fifth electrode and the sixth electrode selected from the sixth electrode is located on the electrical path and upstream of the path.
  • the fifth electrode and the other electrode selected from the sixth electrode are located on the electrical path and downstream of the path, and when an electric current is passed through the electrical path, the said.
  • the directions of current flow in the two adjacent thermoelectric conversion units are the same. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device The thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 5.
  • the at least one thermoelectric conversion element of at least one thermoelectric conversion module selected from the group consisting of the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module is Two n-type thermoelectric converters adjacent to each other, 4th electrode, 5th electrode and 6th electrode, Equipped with here,
  • the thermoelectric conversion unit includes the two n-type thermoelectric conversion units. One end of the thermoelectric conversion unit and one end of the other thermoelectric conversion unit are electrically connected to each other via the fourth electrode. The other end of the one thermoelectric conversion unit is electrically connected to the fifth electrode. The other end of the other thermoelectric conversion unit is electrically connected to the sixth electrode.
  • One of the fifth electrode and the sixth electrode selected from the sixth electrode is located on the electrical path and upstream of the path.
  • the fifth electrode and the other electrode selected from the sixth electrode are located on the electrical path and downstream of the path, and when an electric current is passed through the electrical path, the said.
  • the directions of current flow in the two adjacent thermoelectric conversion units are the same. Thermoelectric converter.
  • the thermoelectric conversion device includes a first phononic crystal layer and a second phononic crystal layer.
  • the first phononic crystal layer has a first phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged first through holes as the through holes.
  • the second phononic crystal layer has a second phononic crystal structure having a plurality of regularly arranged second through holes as the through holes, and the first phononic crystal layer and the second phononic crystal layer. Are laminated in the stacking direction. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 10) The thermoelectric conversion device according to item 9.
  • the first phononic crystal layer and the second phononic crystal layer are in contact with each other.
  • Thermoelectric converter (Item 10) Thermoelectric converter.
  • thermoelectric converter according to item 9 or 10. At least a part of the second through hole does not communicate with the first through hole. Thermoelectric converter.
  • the thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 11.
  • the phononic crystal structure includes a first domain and a second domain which are phononic crystal regions.
  • the plurality of through holes in the first domain are regularly arranged in the first direction in a cross section perpendicular to the through direction of the through holes, and the plurality of through holes in the second domain are said. In the cross section perpendicular to the penetrating direction of the through hole, they are regularly arranged in a second direction different from the first direction. Thermoelectric converter.
  • the thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 12.
  • the phononic crystal layer includes a plurality of pillars and has a plurality of pillars.
  • the pillars are columnar bodies extending linearly, and each of the pillars is filled in the through holes of the phononic crystal layer. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device (Item 14) The thermoelectric conversion device according to item 13.
  • the phononic crystal layer filled with the pillars and the pillars are made of the same material, and the peripheral surface of the pillars is covered with an oxide film. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 14. Further equipped with a temperature detection module, Thermoelectric converter.
  • thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 15.
  • a control module for controlling a voltage applied to at least one thermoelectric conversion module selected from the group consisting of the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module is further provided. Thermoelectric converter.
  • thermoelectric converters It is a control method for thermoelectric converters.
  • the method is A step of applying a first voltage and a second voltage to the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module in the thermoelectric conversion apparatus according to any one of items 1 to 16, respectively, is included. here, The first voltage and the second voltage are different from each other in the application pattern. Control method.
  • thermoelectric conversion device includes a first temperature detection module. Based on the temperature information acquired by the first temperature detection module, the application pattern of at least one voltage selected from the group consisting of the first voltage and the second voltage is controlled. Control method.
  • thermoelectric conversion module closer to the object which is selected from the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module, is compared with the voltage applied to the thermoelectric conversion module farther from the object.
  • (Item 22) The control method according to any one of items 17 to 21.
  • the application pattern of at least one voltage selected from the group consisting of the first voltage and the second voltage is controlled so that the change in the temperature of the object is within a predetermined range. Control method.
  • the control method according to any one of items 17 to 22.
  • the object is a heat source, Control method.
  • thermoelectric conversion device is the thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 16.
  • the method includes a step of applying a first voltage and a second voltage to the first thermoelectric conversion module and the second thermoelectric conversion module in the thermoelectric conversion device, respectively, and the first voltage and the second voltage. Are different from each other in the applied pattern, Method.
  • thermoelectric conversion device is the thermoelectric conversion device according to any one of items 1 to 16. Electronic device.
  • thermoelectric conversion device 2 1st thermoelectric conversion module 3 1st insulation layer 4 2nd thermoelectric conversion module 5 Laminated structure 6 Substrate 7 2nd insulation layer 8 Protective layer 9 3rd thermoelectric conversion module 10 3rd insulation layer 11 1st connection electrode 12 2nd connection electrode 13 3rd connection electrode 14 4th connection electrode 21
  • Thermoelectric conversion element ( ⁇ type) 22 p-type thermoelectric conversion unit 23 n-type thermoelectric conversion unit 24 1st electrode 25 2nd electrode 26 3rd electrode 27 Insulation unit 28 Temperature detection module 31

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Abstract

第１熱電変換モジュール、第１絶縁層及び第２熱電変換モジュールを備え、第１(２)熱電変換モジュールは、１又は２以上の熱電変換素子と第１(３)接続電極及び第２(４)接続電極とを備え、第１(２)熱電変換モジュールの熱電変換素子は、第１(３)接続電極及び第２(４)接続電極と電気的に接続され、かつ双方の接続電極を結ぶ電気的な経路上に位置し、各々の熱電変換素子は熱電変換部を備え、少なくとも１つの熱電変換素子の熱電変換部は、規則的に配列した複数の貫通孔を備えるフォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶層を備え、上記結晶構造における複数の貫通孔の貫通方向は、第１熱電変換モジュール、第１絶縁層及び第２熱電変換モジュールの積層方向と略平行である。

Description

熱電変換装置、熱電変換装置の制御方法、熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法及び電子デバイス
　本開示は、熱電変換装置と、熱電変換装置の制御方法、熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法及び熱電変換装置を備える電子デバイスと、に関する。
　特許文献１、特許文献２及び非特許文献１は、複数の貫通孔により構成される周期構造を開示している。この周期構造では、薄膜を平面視して、ナノメートルのオーダー（１ｎｍから１０００ｎｍの領域）内の周期で規則的に貫通孔が配列している。この周期構造は、フォノニック結晶構造の一種である。このタイプのフォノニック結晶構造は、貫通孔の配列を構成する最小単位である単位格子を通常有する。当該フォノニック結晶構造によれば、薄膜の熱伝導率が低減可能となる。薄膜の熱伝導率は、例えば、多孔質化によっても低減できる。多孔質化によって薄膜に導入された空隙が、薄膜の熱伝導率を減少させるためである。しかし、フォノニック結晶構造によれば、薄膜を構成する母材自身の熱伝導率が低減可能である。このため、単なる多孔質化に比べて、熱伝導率のさらなる低減が期待される。
　熱電変換材料を含む熱電変換部を備えた熱電変換素子が知られている。熱電変換素子を用いることで、熱電変換装置が構築可能である。熱電変換装置によれば、ペルティエ効果を利用して、対象物の冷却及び／又は加熱が可能となる。特許文献３は、ｐ型熱電変換材料とｎ型熱電変換材料とを備える熱電変換素子を開示している。
米国特許出願公開第２０１７／００４７４９９号明細書 米国特許出願公開第２０１７／００６９８１８号明細書 国際公開第２０１１／０４８６３４号
　本開示は、対象物の温度の変化を所定の範囲内に保つのに適する等、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度が高い熱電変換装置を提供する。
　本開示は、以下の熱電変換装置を提供する。
　熱電変換装置であって、
　　第１熱電変換モジュール；
　　前記第１熱電変換モジュール上に設けられた第１絶縁層；及び
　　前記第１絶縁層上に設けられた第２熱電変換モジュール、を具備し、
　ここで、
　前記第１熱電変換モジュールは、１又は２以上の熱電変換素子と、第１接続電極及び第２接続電極と、を具備し、
　前記第１熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、前記第１接続電極及び前記第２接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第１接続電極と前記第２接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
　前記第２熱電変換モジュールは、１又は２以上の熱電変換素子と、第３接続電極及び第４接続電極と、を具備し、
　前記第２熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、前記第３接続電極及び前記第４接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第３接続電極と前記第４接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
　各々の前記熱電変換素子は熱電変換部を具備し、
　少なくとも１つの前記熱電変換素子の前記熱電変換部は、規則的に配列した複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶層を備え、
　前記フォノニック結晶構造における前記複数の貫通孔の貫通方向は、前記第１熱電変換モジュール、前記第１絶縁層及び前記第２熱電変換モジュールの積層方向と略平行である。
　本開示によれば、対象物の温度の変化を所定の範囲内に保つのに適する等、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度が高い熱電変換装置を提供できる。
図１は、本開示の熱電変換装置の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子における熱電変換部の一例を模式的に示す断面図である。 図３は、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子における熱電変換部の別の一例を模式的に示す断面図である。 図４は、図３の熱電変換部を第１フォノニック結晶層の側から見た平面図である。 図５は、図３の熱電変換部を第２フォノニック結晶層の側から見た平面図である。 図６Ａは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子の一例を示す模式図である。 図６Ｂは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子の別の一例を示す模式図である。 図６Ｃは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子のまた別の一例を示す模式図である。 図６Ｄは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子の上記とは別の一例を示す模式図である。 図７は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の一例を模式的に示す平面図である。 図８Ａは、図７のフォノニック結晶構造が含む第１ドメインにおける単位格子とその方位とを示す模式図である。 図８Ｂは、図７のフォノニック結晶構造が含む第２ドメインにおける単位格子とその方位とを示す模式図である。 図９は、図７のフォノニック結晶構造の領域Ｒ１の拡大図である。 図１０は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の別の一例を模式的に示す平面図である。 図１１は、図１０のフォノニック結晶構造の領域Ｒ２の拡大図である。 図１２は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造のまた別の一例を模式的に示す平面図である。 図１３は、図１２のフォノニック結晶構造の領域Ｒ３の拡大図である。 図１４は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造のさらにまた別の一例を模式的に示す平面図である。 図１５は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の上記とは別の一例を模式的に示す平面図である。 図１６は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の上記とは別の一例を模式的に示す平面図である。 図１７Ａは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子の一例を示す模式図である。 図１７Ｂは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の単位格子の別の一例を示す模式図である。 図１８は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の上記とは別の一例を模式的に示す平面図である。 図１９は、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶構造の上記とは別の一例を模式的に示す平面図である。 図２０Ａは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶層の一例を模式的に示す平面図である。 図２０Ｂは、図２０Ａのフォノニック結晶層の断面２０Ｂ－２０Ｂを示す断面図である。 図２１は、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子における熱電変換部の上記とは別の一例を模式的に示す断面図である。 図２２Ａは、熱電変換素子が有しうるフォノニック結晶層の別の一例を模式的に示す平面図である。 図２２Ｂは、図２２Ａのフォノニック結晶層の断面２２Ｂ－２２Ｂを示す断面図である。 図２３は、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子における熱電変換部の上記とは別の一例を模式的に示す断面図である。 図２４Ａは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｂは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｃは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｄは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｅは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｆは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｇは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｈは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｉは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｊは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｋは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｌは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｍは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｎは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２４Ｏは、本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子を製造する方法の一例を説明するための模式的な断面図である。 図２５は、本開示の熱電変換装置の別の一例を模式的に示す断面図である。 図２６は、本開示の熱電変換装置のまた別の一例を模式的に示す断面図である。 図２７は、本開示の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図２８は、本開示の制御方法の一例における電圧の印加パターンを示すグラフである。 図２９は、本開示の制御方法の一例における電圧の印加パターンを示すグラフである。
　（本開示の基礎となった知見）
　本開示の熱電変換装置は、積層された複数の熱電変換モジュールを備える。各々の熱電変換モジュールは、各モジュールが備える接続電極を介して、独立して制御できる。例えば、対象物により近い熱電変換モジュールと、対象物からより離れた熱電変換モジュールとの間で異なる制御が実施されることで、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度を高めることができる。
　これに加えて、本開示の熱電変換装置は、フォノニック結晶構造を有する熱電変換部を備えた熱電変換素子を備える。このため、当該素子を備える熱電変換モジュールの断熱性能、典型的には、複数の熱電変換モジュールの積層方向への断熱性能、を高めることができる。高められた断熱性能は、熱電変換モジュールの熱電変換効率を向上させる。また、高められた断熱性能は、隣接する熱電変換モジュールを独立して制御する際の各モジュールの制御パターンの自由度を向上させる。これらの点は、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度の向上に相乗的に寄与する。
　（本開示の実施形態）
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、プロセス条件、ステップ、並びにステップの順序等は一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。
　［熱電変換装置］
　（第１実施形態）
　第１実施形態の熱電変換装置が図１に示される。図１の熱電変換装置１は、第１熱電変換モジュール２、第１絶縁層３及び第２熱電変換モジュール４を備える。第１絶縁層３は、第１熱電変換モジュール２上に設けられている。第２熱電変換モジュール４は、第１絶縁層３上に設けられている。第１熱電変換モジュール２、第１絶縁層３及び第２熱電変換モジュール４は、それぞれ層状であり、この順に積層されて積層構造５を形成している。
　第１熱電変換モジュール２は、２以上の熱電変換素子２１（２１ａ）と、第１接続電極１１及び第２接続電極１２とを備える。第１熱電変換モジュール２の熱電変換素子２１ａは、第１接続電極１１及び第２接続電極１２と電気的に接続されている。個々の熱電変換素子２１ａと第１接続電極１１又は第２接続電極１２との電気的な接続は、直接的、又は他の熱電変換素子２１ａを介した間接的な接続である。熱電変換素子２１ａは、第１接続電極１１と第２接続電極１２とを結ぶ電気的な経路上に位置する。図１の例において、２以上の熱電変換素子２１ａは、第１接続電極１１と第２接続電極１２との間において、電気的に直列に互いに接続されている。ただし、第１接続電極１１と第２接続電極１２との間における熱電変換素子２１ａ同士の電気的な接続の形態は上記例に限定されない。例えば、直列接続と並列接続とが混在していてもよい。第１接続電極１１及び第２接続電極１２を介した電圧の印加により、熱電変換素子２１ａ及び第１熱電変換モジュール２は、それぞれ、ペルティエ素子及びペルティエモジュールとして作動する。ペルティエモジュールは、例えば、ペルティエ式冷却モジュール、ペルティエ式冷却／加熱モジュール、ペルティエ式加熱モジュールである。
　第２熱電変換モジュール４は、２以上の熱電変換素子２１（２１ｂ）と、第３接続電極１３及び第４接続電極１４とを備える。第２熱電変換モジュール４の熱電変換素子２１ｂは、第３接続電極１３及び第４接続電極１４と電気的に接続されている。個々の熱電変換素子２１ｂと第３接続電極１３又は第４接続電極１４との電気的な接続は、直接的、又は他の熱電変換素子２１ｂを介した間接的な接続である。熱電変換素子２１ｂは、第３接続電極１３と第４接続電極１４とを結ぶ電気的な経路上に位置する。図１の例において、２以上の熱電変換素子２１ｂは、第３接続電極１３と第４接続電極１４との間において、電気的に直列に互いに接続されている。ただし、第３接続電極１３と第４接続電極１４との間における熱電変換素子２１ｂ同士の電気的な接続の形態は上記例に限定されない。例えば、直列接続と並列接続とが混在していてもよい。第３接続電極１３及び第４接続電極１４を介した電圧の印加により、熱電変換素子２１ｂ及び第２熱電変換モジュール４は、それぞれ、ペルティエ素子及びペルティエモジュールとして作動する。
　第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４において、２以上の熱電変換素子２１は、典型的には、アレイ状に配列されている。第１熱電変換モジュール２及び／又は第２熱電変換モジュール４は、１つの熱電変換素子２１を備えていてもよい。
　第１熱電変換モジュール２と第２熱電変換モジュール４との間で、熱電変換素子２１同士の電気的な接続の形態は同じであっても異なっていてもよい。
　図１の例では、第１接続電極１１、第２接続電極１２、第３接続電極１３及び第４接続電極１４の数は、それぞれ、１である。ただし、各接続電極の数は２以上であってもよい。
　第１接続電極１１及び第２接続電極１２の間に印加する電圧と、第３接続電極１３及び第４接続電極１４の間に印加する電圧とは、独立して制御できる。これにより、第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４の独立した制御が可能となる。例えば、第１熱電変換モジュール２に対して第１電圧が印加され、第２熱電変換モジュール４に対して第１電圧とは印加パターンにおいて異なる第２電圧が印加されてもよい。
　図１の熱電変換装置１は、基板（基層）６、第２絶縁層７及び保護層８を更に備える。積層構造５は、第２絶縁層７を介して基板６上に設けられている。保護層８は、第２熱電変換モジュール４上に設けられている。保護層８は、熱電変換装置１の最外層（基板６側とは反対側の最外層）に位置している。熱電変換装置１は、基板６、第２絶縁層７、第１熱電変換モジュール２、第１絶縁層３、第２熱電変換モジュール４及び保護層８が順に積層された構造を有する。第１接続電極１１、第２接続電極１２、第３接続電極１３及び第４接続電極１４は、各層を貫いて積層構造５の積層方向に延びる貫通孔内に埋設されたビア配線として保護層８の上面に達し、当該上面において露出している。接続電極の露出端は、例えば、第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４に印加する電圧を制御する制御装置及び／又は制御モジュールとの接続点となりうる。
　熱電変換素子２１は、熱電変換部であるｐ型熱電変換部２２及びｎ型熱電変換部２３、並びに第１電極２４、第２電極２５及び第３電極２６を備える。ｐ型熱電変換部２２の一方の端部と、ｎ型熱電変換部２３の一方の端部とは、第１電極２４を介して電気的に接続されている。ｐ型熱電変換部２２の他方の端部は、第２電極２５と電気的に接続されている。ｎ型熱電変換部２３の他方の端部は、第３電極２６と電気的に接続されている。第２電極２５及び第３電極２６から選ばれる一方の電極は、接続電極間を結ぶ上記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置する。第２電極２５及び第３電極２６から選ばれる他方の電極は、接続電極間を結ぶ上記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置する。言い換えると、第２電極２５及び第３電極２６を介して熱電変換素子２１に電圧が印加可能である。隣接する熱電変換素子２１ａの間で、第２電極２５及び第３電極は、電気的に互いに接続されている。電気的な経路の上流及び下流は、例えば、代表的な電圧が熱電変換モジュールに印加されたときに当該経路を流れる電流の向きに基づいて判断すればよい。熱電変換素子２１において熱電変換部を挟持する一対の電極を結ぶ方向は、通常、積層構造５の積層方向である。言い換えると、熱電変換素子２１及び熱電変換装置１における熱流の制御方向は、通常、積層構造５の積層方向である。なお、図１の熱電変換素子２１ではｐ型熱電変換部２２とｎ型熱電変換部２３との間に絶縁部２７が配置されており、この配置により、双方の熱電変換部２２，２３の間の電気的な絶縁が保たれている。
　熱電変換素子２１のｐ型熱電変換部２２及び／又はｎ型熱電変換部２３、典型的にはｐ型熱電変換部２２及びｎ型熱電変換部２３、は、フォノニック結晶層を備える。フォノニック結晶層は、規則的に配列した複数の貫通孔を具備する。フォノニック結晶構造における複数の貫通孔の貫通方向は、積層構造５の積層方向と略平行である。フォノニック結晶層は、例えば、後述の第１フォノニック結晶層及び第２フォノニック結晶層である。貫通孔は、例えば、後述の第１貫通孔及び第２貫通孔である。実施形態１では、全ての熱電変換素子２１がフォノニック結晶層を備える。ただし、全ての熱電変換素子２１がフォノニック結晶層を備えていなくてもよい。本明細書において「略平行」とは、２つの方向の関係が、例えば５度以下、好ましくは３度以下、より好ましくは１度以下、平行からずれている場合にも、当該関係を平行とみなす趣旨である。
　絶縁体及び半導体において、熱は、主として、フォノンと呼ばれる格子振動によって運ばれる。絶縁体又は半導体から構成される材料の熱伝導率は、材料が有するフォノンの分散関係により決定される。フォノンの分散関係とは、周波数と波数との関係、又はバンド構造を意味している。絶縁体及び半導体において、熱を運ぶフォノンは、１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの幅広い周波数帯域に及ぶ。この周波数帯域は、熱の帯域である。材料の熱伝導率は、熱の帯域にあるフォノンの分散関係により定められる。上記フォノニック結晶構造によれば、貫通孔の周期構造によって、材料が有するフォノンの分散関係が制御可能である。言い換えると、フォノニック結晶構造によれば、材料、例えば熱電変換部の母材、の熱伝導率そのものが制御可能である。とりわけ、フォノニック結晶構造によるフォノニックバンドギャップ（ＰＢＧ）の形成は、材料の熱伝導率を大きく低減させうる。ＰＢＧ内にフォノンは存在できない。このため、熱の帯域に位置するＰＢＧは、熱伝導のギャップとなりうる。また、ＰＢＧ以外の周波数帯域においても、フォノンの分散曲線の傾きがＰＢＧによって小さくなる。傾きの低減はフォノンの群速度を低下させ、熱伝導速度を低下させる。これらの点は、材料自体の熱伝導率の低減に大きく寄与する。
　＜フォノニック結晶構造＞
　熱電変換部としてｐ型熱電変換部２２を例示しながら、熱電変換素子２１の熱電変換部が有しうるフォノニック結晶構造を説明する。ｎ型熱電変換部２３も、以下に説明するフォノニック結晶構造を有しうる。
　ｐ型熱電変換部２２の一例が図２に示される。図２のｐ型熱電変換部２２は、規則的に配列した複数の第１貫通孔４３を具備する第１フォノニック結晶構造を有する第１フォノニック結晶層４４を備える。図２のｐ型熱電変換部２２は、第１フォノニック結晶層４４の単層構造体である。第１フォノニック結晶構造及び第１フォノニック結晶層４４における複数の第１貫通孔４３の貫通方向は、ｐ型熱電変換部２２における一方の端部４１と他方の端部４２とを結ぶ方向である。一方の端部４１には、第１電極２４が配置される。他方の端部４２には、第２電極２５が配置される。当該方向は、ｐ型熱電変換部２２における第１電極２４との接続面及び第２電極２５との接続面に対して略垂直な方向である。本明細書において「略垂直」とは、２つの方向の関係が、例えば５度以下、好ましくは３度以下、より好ましくは１度以下、垂直からずれている場合にも、当該関係を垂直とみなす趣旨である。
　ｐ型熱電変換部２２の別の一例が図３に示される。図３のｐ型熱電変換部２２は、第１フォノニック結晶層４４に加えて、規則的に配列した複数の第２貫通孔４５を具備する第２フォノニック結晶構造を有する第２フォノニック結晶層４６をさらに備える。第１フォノニック結晶層４４と第２フォノニック結晶層４６とは、ｐ型熱電変換部２２における一方の端部４１と他方の端部４２とを結ぶ方向に積層されている。また、第１フォノニック結晶層４４と第２フォノニック結晶層４６とは、積層構造５の積層方向に積層されている。第１フォノニック結晶構造及び第１フォノニック結晶層４４における複数の第１貫通孔４３の貫通方向と、第２フォノニック結晶構造及び第２フォノニック結晶層４６における複数の第２貫通孔４５の貫通方向とは、略平行である。図３のｐ型熱電変換部２２は、第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６の積層構造体である。第１フォノニック結晶層４４と第２フォノニック結晶層４６とは、互いに接している。
　ＰＢＧの分布は立体的であり、フォノニック結晶層では、面内方向だけではなく厚さ方向の熱流の制御及び当該制御による熱伝導率の低減が期待される。なお、図２，３において、「フォノニック結晶層における厚さ方向」とは、規則的に配列した複数の貫通孔の貫通方向を意味する。図３のｐ型熱電変換部２２では、少なくとも２層のフォノニック結晶層が厚さ方向に積層されている。積層による厚さの増大により、ｐ型熱電変換部２２における厚さ方向の熱流のより確実な制御が期待される。
　第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。ｐ型熱電変換部２２が２以上のフォノニック結晶層を備える場合、各フォノニック結晶層の厚さは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
　ｐ型熱電変換部２２が備えるフォノニック結晶層の数は、限定されない。ｐ型熱電変換部２２が２以上のフォノニック結晶層を備える場合、各フォノニック結晶層は、互いに接するように積層されていても、他の部材を介して積層されていても構わない。他の部材は、例えば、ＳｉＯ2等の酸化膜、後述のバッファ層である。
　図３のｐ型熱電変換部２２を第１フォノニック結晶層４４の側から見た平面図が図４に示される。図３のｐ型熱電変換部２２を第２フォノニック結晶層４６の側から見た平面図が図５に示される。図３、図４及び図５のｐ型熱電変換部２２において、第１フォノニック結晶層４４が有する第１フォノニック結晶構造の構成と、第２フォノニック結晶層４６が有する第２フォノニック結晶構造の構成とは異なっている。具体的には、第１貫通孔４３の配列の周期Ｐと、第２貫通孔４５の配列の周期Ｐとが異なっている。第１フォノニック結晶構造の構成と第２フォノニック結晶構造の構成とが異なる場合、通常、第２貫通孔４５の少なくとも一部は第１貫通孔４３と連通していない。ただし、２以上のフォノニック結晶層を備えるｐ型熱電変換部２２において、各フォノニック結晶層の構成は同一であってもよい。
　貫通孔４３，４５の長さに相当するフォノニック結晶層４４，４６の厚さは、貫通孔の直径の２倍以上であってもよい。この場合、フォノニック結晶層４４，４６の上面及び下面の間の距離の増大が可能である。これにより、フォノニック結晶層４４，４６の上面と下面との間の温度差の増大が可能となり、熱電変換効率を向上できる。なお、本明細書においてフォノニック結晶層の「上面」及び「下面」とは、それぞれ、フォノニック結晶層を貫通孔の貫通方向に見たときの一方の主面及び当該一方の主面に対向する他方の主面を意味する。「主面」とは、最も広い面積を有する面を意味する。フォノニック結晶層４４，４６の厚さの上限は、例えば、貫通孔の直径の１００倍以下であり、８０倍以下、６０倍以下、５０倍以下であってもよい。
　各フォノニック結晶層４４，４６の体積に対する、各フォノニック結晶層４４，４６に含まれる貫通孔４３，４５の体積の合計の割合、言い換えるとフォノニック結晶層の空隙率、は、１０％以上であってもよい。この場合、貫通孔４３，４５を除くフォノニック結晶層４４，４６の体積の低減が可能となり、ＰＢＧの効果を向上できる。これにより、フォノニック結晶層４４，４６の熱伝導率の更なる低減が可能となり、熱電変換効率を向上できる。フォノニック結晶層４４，４６の空隙率の上限は、例えば、９０％以下であり、７０％以下、５０％以下、４０％以下であってもよい。
　第１フォノニック結晶構造の構成と第２フォノニック結晶構造の構成とが異なる場合として、次の各ケースが例示される。複数のケースが組み合わされていてもよい。
　・第１貫通孔４３の配列の周期Ｐと、第２貫通孔４５の配列の周期Ｐとが異なる。
　・第１貫通孔４３の径Ｄと、第２貫通孔４５の径Ｄとが異なる。
　・第１貫通孔４３により構成される単位格子９１の種類と、第２貫通孔４５により構成される単位格子９１の種類とが異なる。
　後述のフォノニック結晶構造Ａに示すように、第１フォノニック結晶構造における第１貫通孔４３の配列、及び第２フォノニック結晶構造における第２貫通孔４５の配列は、フォノニック結晶層の全体にわたって一定であるとは限らない。これを考慮すると、ｐ型熱電変換部２２は、第１フォノニック結晶構造の構成と第２フォノニック結晶構造の構成とが異なる場合として、以下の各形態を有しうる。ｐ型熱電変換部２２は、以下の各形態が任意に組み合わされた形態を有していてもよい。
　形態Ａ：第１フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＡを含む。第２フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＢを含む。第１貫通孔４３及び第２貫通孔４５の貫通方向に見て、ドメインＡとドメインＢとは重複している。ドメインＡにおける第１貫通孔４３の配列の周期Ｐと、ドメインＢにおける第２貫通孔４５の配列の周期とが異なる。
　形態Ｂ：第１フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＡを含む。第２フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＢを含む。第１貫通孔４３及び第２貫通孔４５の貫通方向に見て、ドメインＡとドメインＢとは重複している。ドメインＡにおける第１貫通孔４３の径と、ドメインＢにおける第２貫通孔４５の径とが異なる。
　形態Ｃ：第１フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＡを含む。第２フォノニック結晶構造が、フォノニック結晶領域であるドメインＢを含む。第１貫通孔４３及び第２貫通孔４５の貫通方向に見て、ドメインＡとドメインＢとは重複している。ドメインＡにおける第１貫通孔４３により構成される単位格子の種類と、ドメインＢにおける第２貫通孔４５により構成される単位格子の種類とが異なる。
　フォノニック結晶領域であるドメインは、貫通孔４３，４５の配列の周期をＰとして、平面視において、例えば、２５Ｐ2以上の面積を有する領域である。フォノニック結晶構造によってフォノンの分散関係を制御するには、ドメインは、少なくとも２５Ｐ2以上の面積を有していてもよい。平面視において正方形のドメインでは、５×Ｐ以上の辺とすることで、２５Ｐ2以上の面積が確保可能である。
　平面視による各ドメインの形状は限定されない。平面視による各ドメインの形状は、例えば、三角形、正方形及び長方形を含む多角形、円、楕円、並びにこれらの複合形状である。平面視による各ドメインの形状は、不定形であってもよい。また、フォノニック結晶構造が有するドメインの数は限定されない。フォノニック結晶構造が有する各ドメインのサイズは限定されない。１つのドメインが、フォノニック結晶層の全体に拡がっていてもよい。本明細書において「平面視」とは、貫通孔の貫通方向にフォノニック結晶層を視ることを意味する。
　貫通孔４３，４５の配列の周期Ｐは、例えば、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。これは、熱を運ぶフォノンの波長が、主として１ｎｍから３００ｎｍの範囲に及ぶためである。周期Ｐは、平面視において隣接する貫通孔４３，４５間の中心間距離により定められる。
　貫通孔４３，４５の径Ｄは、周期Ｐに対する比Ｄ／Ｐにより表して、例えば、Ｄ／Ｐ≧０．５である。比Ｄ／Ｐ＜０．５である場合、フォノニック結晶構造における空隙率が過度に低下して、熱流が十分に制御されない、例えば熱伝導率が十分に低下しない、ことがある。比Ｄ／Ｐの上限は、隣接する貫通孔４３，４５同士が接しないために、例えば、０．９未満である。径Ｄは、貫通孔４３，４５の開口の径である。貫通孔４３，４５の開口の形状が平面視において円である場合、径Ｄは当該円の直径である。貫通孔４３，４５の開口の形状は平面視において円でなくてもよい。この場合、径Ｄは、開口の面積と同じ面積を有する仮想の円の直径により定められる。
　規則的に配列した複数の貫通孔４３，４５により構成される単位格子９１の種類は、例えば、正方格子（図６Ａ）、六方格子（図６Ｂ）、長方格子（図６Ｃ）及び面心長方格子（図６Ｄ）である。ただし、単位格子９１の種類は、これらの例に限定されない。
　ｐ型熱電変換部２２、ｎ型熱電変換部２３、並びにｐ型熱電変換部２２及びｎ型熱電変換部２３が備えうるフォノニック結晶層を構成する材料Ｍは、典型的には、ｐ型又はｎ型の適切な半導体型となるように不純物元素がドープされた半導体材料である。半導体材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｎ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮである。材料Ｍは、半導体材料以外の材料であってもよく、当該材料は、例えば、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＶＯ2である。ただし、材料Ｍは、上記例に限定されない。
　なお、Ｓｉ系半導体材料は、一般に、半導体材料としては比較的高い熱伝導率を有している。このため、Ｓｉ系半導体材料から構成される熱電変換部を備える従来の熱電変換素子では、高い熱電変換効率の達成が困難であった。一方、熱電変換素子２１では、熱電変換部はフォノニック結晶層を備えている。このため、熱電変換素子２１及びこれを備える熱電変換装置１では、熱電変換部がＳｉ系半導体材料により構成される場合においても、高い熱電変換効率の達成が可能となる。
　また、Ｓｉ系半導体材料により熱電変換部が構成可能であることは、例えば、以下のメリットをもたらす。ベース基板は、基板６であってもよい。
　・Ｓｉ系半導体材料により構成されるベース基板、例えばＳｉウェハ、上への熱電変換素子及び当該素子を備える熱電変換装置の形成が可能となる。
　・Ｓｉ系半導体材料により構成されるベース基板の内部への熱電変換素子及び熱電変換装置の埋設が可能となる。これにより、例えば、熱電変換素子又は熱電変換装置を埋設したベース基板上へのＣＰＵ、ＧＰＵ等の集積回路の形成が可能となる。これは、例えば、ペルティエ式冷却装置が埋設された集積回路装置等の電子デバイスの製造が可能となることを意味する。集積回路装置は、熱電変換装置及び集積回路が一体化されて一つのパッケージに収められた半導体素子であってもよい。
　第１フォノニック結晶構造及び第２フォノニック結晶構造は、以下の形態を有していてもよい。フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含む。第１ドメインにおける複数の貫通孔は、貫通孔の貫通方向に垂直な断面を見たときに、第１方向に規則的に配列している。第２ドメインにおける複数の貫通孔は、貫通孔の貫通方向に垂直な断面を見たときに、第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列している。このように、配列の方向により区分される複数種のドメインを含むフォノニック結晶構造を、以下、フォノニック結晶構造Ａと記載する。配列の方向は、単位格子の方位により定めることができる。
　本発明者らの検討によれば、フォノニック結晶構造によってもたらされる熱伝導率の低減の程度は、熱の伝達方向と、フォノニック結晶構造の単位格子の方位（orientation）とが成す角度に依存する。これは、ＰＢＧの帯域広さ、ＰＢＧの数及びフォノンの平均群速度といった熱伝導に関わる要素が、当該角度に依存するためと考えられる。また、熱の伝達に関して、マクロ的には高温から低温の方向にフォノンは流れる。一方、ナノメートルのオーダーにあるミクロ領域に着目すると、フォノンの流れる方向には指向性がみられない。即ち、ミクロ的にはフォノンの流れる方向は一様ではない。
　上述の各特許文献及び非特許文献には、単位格子の方位が一様に揃った複数のフォノニック結晶領域を有する部材が開示されている。しかし、これらの部材では、ミクロで見て、ある特定の方向に流れるフォノンに対しては相互作用が最大となるものの、それ以外の方向に流れるフォノンに対しては相互作用が弱まる。一方、フォノニック結晶構造Ａは、単位格子の方位が互いに異なる２以上のフォノニック結晶領域を有する。このため、ミクロで見て、複数の方向に流れる各フォノンに対する相互作用を高めることができる。この特徴は、熱流の制御の自由度の更なる向上をもたらす。
　以下の説明は、第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６から選ばれる少なくとも１つのフォノニック結晶層が有しうるフォノニック結晶構造Ａに関する。複数のフォノニック結晶層がフォノニック結晶構造Ａを有する場合、各フォノニック結晶層が有するフォノニック結晶構造Ａの具体的な構成は同一であっても異なっていてもよい。
　フォノニック結晶構造Ａの一例が図７に示される。図７には、フォノニック結晶層５６の一部を平面視した状態が示されている。フォノニック結晶層５６は、第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６から選ばれる少なくとも１つのフォノニック結晶層でありうる。フォノニック結晶層５６は、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有する薄膜である。フォノニック結晶層５６は、平面視において、長方形である。フォノニック結晶層５６には、フォノニック結晶層５６の厚さ方向に延びる複数の貫通孔５０が設けられている。フォノニック結晶層５６が有するフォノニック結晶構造Ａは、複数の貫通孔５０が面内方向に規則的に配列した二次元フォノニック結晶構造である。
　フォノニック結晶構造Ａは、フォノニック結晶領域である第１ドメイン５１Ａ及び第２ドメイン５１Ｂを有する。第１ドメイン５１Ａは、平面視において、第１方向に規則的に配列した複数の貫通孔５０を具備するフォノニック単結晶構造を有する。第２ドメイン５１Ｂは、平面視において、第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列した複数の貫通孔５０を具備するフォノニック単結晶構造を有する。各々の単結晶構造内において、複数の貫通孔５０の径及び配列周期は同一である。また、各々の単結晶構造内において、規則的に配列した複数の貫通孔５０の単位格子９１Ａ，９１Ｂの方位は同一である。第１ドメイン５１Ａ及び第２ドメイン５１Ｂの形状は、平面視において、長方形である。第１ドメイン５１Ａの形状と、第２ドメイン５１Ｂの形状とは、平面視において、同一である。フォノニック結晶構造Ａは、複数のフォノニック単結晶構造の複合体であるフォノニック多結晶構造５２でもある。
　図８Ａ及び図８Ｂに示すように、フォノニック結晶構造Ａでは、第１ドメイン５１Ａにおける単位格子９１Ａの方位５３Ａと、第２ドメイン５１Ｂにおける単位格子９１Ｂの方位５３Ｂとが、平面視において、互いに異なっている。方位５３Ａと方位５３Ｂとが成す角度は、平面視において、例えば１０度以上である。ただし、単位格子９１Ａ及び単位格子９１Ｂが同一であって、ｎ回回転対称性を有する場合、方位５３Ａと方位５３Ｂとが成す角度の上限は３６０／ｎ度未満である。なお、単位格子が複数のｎに対してｎ回回転対称性を有するとき、上記角度の上限を定めるｎには最大のｎが使用される。例えば、六方格子は、２回回転対称性、３回回転対称性及び６回回転対称性を有する。このとき、角度の上限を定めるｎには「６」が使用される。即ち、六方格子である単位格子９１Ａ，９１Ｂについて、方位５３Ａと方位５３Ｂとが成す角度は６０度未満である。フォノニック結晶構造Ａは、単位格子の方位が互いに異なる２以上のフォノニック結晶領域を少なくとも有している。この条件が満たされる限り、フォノニック結晶構造Ａは、任意のフォノニック結晶領域及び／又はフォノニック結晶構造を有さない領域を更に含んでいてもよい。
　単位格子の方位は、任意の規則に基づいて決定できる。ただし、異なるドメイン間において、同じ規則を適用して単位格子の方位を定める必要がある。単位格子の方位は、例えば、単位格子を構成する平行でない二辺の成す角を二等分する直線の伸長方向である。ただし、異なるドメイン間において、同じ規則で二辺を定める必要がある。
　図７のフォノニック結晶構造Ａの領域Ｒ１の拡大図が、図９に示される。隣接する第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとの界面５５において、単位格子９１Ａ，９１Ｂの方位５３Ａ，５３Ｂが変化している。単位格子の方位が変化する界面５５は、フォノニック結晶構造Ａをマクロに流れる熱に対する大きな界面抵抗をもたらす。この界面抵抗は、第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとの間で生じる、フォノン群速度のミスマッチに基づく。この界面抵抗は、フォノニック結晶構造Ａを有するフォノニック結晶層５６における熱伝導率の低減に寄与する。なお、図９の界面５５は、平面視において、直線状に延びている。また、界面５５は、平面視において、長方形のフォノニック結晶層５６の幅方向に延びている。幅方向は、マクロな熱の伝達方向により定められたフォノニック結晶層５６の中心線の伸張方向に垂直な方向でありうる。界面５５は、平面視において、マクロな熱の伝達方向に略垂直にフォノニック結晶構造Ａを分割している。
　図７のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン５１Ａにおける複数の貫通孔５０の配列の周期Ｐと、第２ドメイン５１Ｂにおける複数の貫通孔５０の配列の周期Ｐとは等しい。
　図７のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン５１Ａにおいて規則的に配列した複数の貫通孔５０の径と、第２ドメイン５１Ｂにおいて規則的に配列した複数の貫通孔５０の径とは等しい。
　図７のフォノニック結晶構造Ａにおいて、第１ドメイン５１Ａにおける単位格子９１Ａの種類と、第２ドメイン５１Ｂにおける単位格子９１Ｂの種類とは、同一である。図７の単位格子９１Ａ及び単位格子９１Ｂは、いずれも六方格子である。
　フォノニック結晶構造Ａが有するドメインの数は限定されない。フォノニック結晶構造Ａが有するドメインの数が多くなるほど、ドメイン間の界面による界面抵抗の作用が大きくなる。
　以下、フォノニック結晶構造Ａの更なる例が示される。
　図１０及び図１１のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２では、隣接する第１ドメイン５１Ａ及び第２ドメイン５１Ｂの界面５５が、平面視において、長方形のフォノニック結晶層５６の長辺の方向に延びている。この点以外、図１０及び図１１のフォノニック結晶構造Ａは、図７のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。図１１は、図１０の領域Ｒ２の拡大図である。
　図７及び図１０のフォノニック結晶構造Ａでは、平面視において、第１ドメイン５１Ａのサイズ及び第２ドメイン５１Ｂのサイズが同一である。ただし、平面視において、フォノニック構造Ａが有する第１ドメイン５１Ａ及び第２ドメイン５１Ｂのサイズは互いに異なっていてもよい。
　図１２及び図１３のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２では、平面視において、第１ドメイン５１Ｂが第２ドメイン５１Ａにより囲まれている。第１ドメイン５１Ａの外形は、平面視において、長方形である。第２ドメイン５１Ｂの形状は、平面視において、長方形である。第１ドメイン５１Ａのサイズと第２ドメイン５１Ｂのサイズとは、平面視において、異なっている。第２ドメイン５１Ｂと、第２ドメイン５１Ｂを囲む第１ドメイン５１Ａとの界面５５は、平面視において、第２ドメイン５１Ｂの外縁を構成している。これらの点以外、図１２及び図１３のフォノニック結晶構造Ａは、図７のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。図１３は、図１２の領域Ｒ３の拡大図である。
　また、図１２及び図１３のフォノニック結晶構造Ａでは、界面５５が屈曲部を有している。
　さらに、図１２及び図１３のフォノニック結晶構造Ａは、フォノニック結晶層５６の辺に接していない第２ドメイン５１Ｂを有する。
　図１４のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２では、平面視において、第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとが離間して配置されている。より具体的には、平面視において、貫通孔５０を有さない領域２０１が、フォノニック結晶層５６の長辺方向における第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとの間に設けられている。この点以外、図１４のフォノニック結晶構造Ａは、図７のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。
　図１５のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２では、平面視において、第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとが離間して配置されている。より具体的には、平面視において、ランダムに設けられた貫通孔５０を有する領域２０２が、フォノニック結晶層５６の長辺方向における第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとの間に設けられている。領域２０２では、平面視において、貫通孔５０は規則的に配列していない。又は、領域２０２では、平面視において、規則的に配列した領域の面積が、例えば、２５Ｐ2未満である。ここで、Ｐは、貫通孔５０の配列の周期である。この点以外、図１５のフォノニック結晶構造Ａは、図７のフォノニック結晶構造Ａと同様の構成を有する。
　図１６のフォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２は、平面視において、互いに異なった形状を有する複数のドメイン５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ及び５１Ｇを含んでいる。各々のドメイン内において、複数の貫通孔５０の配列の周期及び単位格子の方位は同一である。しかし、ドメイン間では、単位格子の方位が互いに異なっている。また、平面視において、各ドメインのサイズ及び形状は互いに異なっている。この形態では、これまで例示した形態に比べて、フォノニック結晶構造Ａの全体で見たときに、より多くの単位格子の方位が存在する。このため、単位格子の方位が異なることに基づく熱伝導率の低減効果がより顕著となる。また、この形態では、ドメイン間の界面５５が、平面視において、複数のランダムな方向に延びている。このため、界面抵抗に基づく熱伝導率の低減効果がより顕著となる。
　また、図１６のフォノニック結晶構造Ａでは、隣接する第１ドメイン５１Ａと第２ドメイン５１Ｂとの界面５５が、平面視において、フォノニック結晶層５６の幅方向から傾いた方向に延びている。界面５５は、平面視において、屈曲部も有している。
　フォノニック結晶構造Ａである多結晶構造５２は、貫通孔５０の配列の周期Ｐ及び／又は貫通孔５０の径Ｄが互いに異なる第１ドメイン５１Ａ及び第２ドメイン５１Ｂを含んでいてもよい。図１７Ａに示される第１ドメイン５１Ａにおける貫通孔５０の径Ｄと、図１７Ｂに示される第２ドメイン５１Ｂにおける貫通孔５０の径Ｄとは互いに異なっている。なお、図１７Ａに示される第１ドメイン５１Ａにおける貫通孔５０の配列の周期Ｐと、図１７Ｂに示される第２ドメイン５１Ｂにおける貫通孔５０の配列の周期Ｐとは同一である。
　図１８に示されるフォノニック結晶構造Ａは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０が規則的に配列した第１ドメイン５１Ａと、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０が規則的に配列した第２ドメイン５１Ｂとを有する。また、図１８のフォノニック結晶構造Ａは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０を具備する領域９２と、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０を具備する領域９３とを有する。領域９２と領域９３とは隣接している。領域９２及び領域９３は、それぞれ、図１６に示される例と同様に、平面視において、互いに異なった形状を有し、かつ、単位格子の方位が各々互いに異なる複数のドメインを含んでいる。また、領域９２及び領域９３は、マクロな熱の伝達方向に略平行にフォノニック結晶構造Ａを分割している。この形態では、第１ドメイン５１Ａで形成されるＰＢＧの周波数帯域と第２ドメイン５１Ｂで形成されるＰＢＧの周波数帯域とが異なるため、熱伝導率の低減の効果が特に顕著となる。
　図１９に示されるフォノニック結晶構造Ａでは、相対的に小さな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０が規則的に配列した第１ドメイン５１Ａと、相対的に大きな周期Ｐ及び径Ｄを有する複数の貫通孔５０が規則的に配列した第２ドメイン５１Ｂとを含む。図１９のフォノニック結晶構造Ａは、平面視において、互いに異なった形状を有し、かつ、単位格子の方位が各々互いに異なる複数のドメインを含んでいる。この形態では、第１ドメイン５１Ａで形成されるＰＢＧの周波数帯域と第２ドメイン５１Ｂで形成されるＰＢＧの周波数帯域とが異なるため、熱伝導率の低減の効果が特に顕著となる。
　フォノニック結晶層５６の形状は、平面視において、例えば、三角形、正方形及び長方形を含む多角形、円、楕円、並びにこれらの複合形状である。ただし、フォノニック結晶層５６の形状は、上記例に限定されない。
　熱電変換部の形状は、平面視において、例えば、三角形、正方形及び長方形を含む多角形、円、楕円、並びにこれらの複合形状である。ただし、熱電変換部の形状は、上記例に限定されない。熱電変換部は、直方体又は立方体の形状を有していてもよい。
　熱電変換部は、２以上の第１フォノニック結晶層４４及び／又は２以上の第２フォノニック結晶層４６を備えていてもよい。また、熱電変換部は、第１フォノニック結晶構造及び第２フォノニック結晶構造とは具体的な構成の異なるフォノニック結晶構造を有する更なるフォノニック結晶層を備えていてもよい。
　フォノニック結晶層５６の上記とは別の一例が、図２０Ａ及び図２０Ｂに示される。図２０Ｂには、図２０Ａのフォノニック結晶層５６の断面２０Ｂ－２０Ｂが示される。図２０Ａ及び図２０Ｂに示されるフォノニック結晶層５６は、複数のピラー６１を更に備える。ピラー６１は、直線状に延びる柱状体である。ピラー６１の各々は、フォノニック結晶層５６の貫通孔５０に充填されている。ピラー６１の周面は、酸化膜６２により被覆されている。この形態では、空孔である貫通孔５０がピラー６１により充填されている。このため、例えば、フォノニック結晶層５６における貫通孔５０の貫通方向に対する特性の制御の自由度が向上可能となる。より具体的には、例えば、２以上のフォノニック結晶層５６の積層構造体である熱電変換部において、フォノニック結晶構造に基づく低い熱伝導率が保持されたまま、一方の端部４１と他方の端部４２との間の電子伝導性の向上が可能となる。
　ピラー６１が充填されたフォノニック結晶層５６と、ピラー６１とが同一の材料により構成される場合、ピラー６１の周面は酸化膜６２により被覆されている。ピラー６１が充填されたフォノニック結晶層５６と、ピラー６１とが異なる材料により構成される場合、酸化膜６２は必ずしも必要ではない。
　ピラー６１をさらに備えるフォノニック結晶層５６は、例えば、第１フォノニック結晶層４４及び／又は第２フォノニック結晶層４６である。ピラー６１は、第１貫通孔４３及び第２貫通孔４５の双方に充填されていてもよい。
　ピラー６１は、典型的には、半導体材料により構成される。ピラー６１を構成する材料は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＴｉＮ、ＳｉＮ、ＶＯ2である。ただし、ピラー６１を構成する材料は、上記例に限定されない。
　酸化膜６２は、例えば、ＳｉＯ2膜である。ただし、酸化膜６２は、上記例に限定されない。
　ピラー６１が充填された第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６を備えるｐ型熱電変換部２２の一例が図２１に示される。図２１のｐ型熱電変換部２２は、図２０Ａ及び図２０Ｂに示されるフォノニック結晶層５６を、第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６として備える。図２１のｐ型熱電変換部２２は、２つのフォノニック結晶層５６を備える２層構造体である。第１フォノニック結晶層４４と第２フォノニック結晶層４６との間には、バッファ層６３が配置されている。第１フォノニック結晶層４４におけるピラー６１（酸化膜６２を除く）を構成する材料と、バッファ層６３を構成する材料とは同一である。また、バッファ層６３を構成する材料と、第２フォノニック結晶層４６を構成する材料（ピラー６１及び酸化膜６２を除く）とは同一である。
　フォノニック結晶層５６の上記とは別の一例が、図２２Ａ及び図２２Ｂに示される。図２２Ｂには、図２２Ａのフォノニック結晶層５６の断面２２Ｂ－２２Ｂが示される。図２２Ａ及び図２２Ｂに示されるフォノニック結晶層５６は、複数のピラー６１を更に備える。ピラー６１の各々は、フォノニック結晶層５６の貫通孔５０に充填されている。ピラー６１を構成する材料は、フォノニック結晶層５６を構成する材料とは異なっている。
　ピラー６１が充填された第１フォノニック結晶層４４及び第２フォノニック結晶層４６を備えるｐ型熱電変換部２２の一例が図２３に示される。図２３のｐ型熱電変換部２２は、第１フォノニック結晶層４４、第２フォノニック結晶層４６及び第１フォノニック結晶層４４がこの順に配置された、３つのフォノニック結晶層５６を有する３層構造体である。最下層である第１フォノニック結晶層４４と第２フォノニック結晶層４６との間には、第１バッファ層６３Ａが配置されている。第２フォノニック結晶層４６と最上層である第１フォノニック結晶層４４との間には、第２バッファ層６３Ｂが配置されている。第１フォノニック結晶層４４におけるピラー６１を構成する材料と、第２バッファ層６３Ｂを構成する材料とは同一である。第２フォノニック結晶層４６におけるピラー６１を構成する材料と、第１バッファ層６３Ａを構成する材料とは同一である。第１フォノニック結晶層４４を構成する材料（ピラー６１を除く）と、第１バッファ層６３Ａを構成する材料とは同一である。第２フォノニック結晶層４６を構成する材料（ピラー６１を除く）と、第２バッファ層６３Ｂを構成する材料とは同一である。図２３のｐ型熱電変換部２２は、２種類の材料により構成される。当該２種類の材料は、いずれも、半導体材料でありうる。
　第１接続電極１１、第２接続電極１２、第３接続電極１３、第４接続電極１４、第１電極２４、第２電極２５及び第３電極２６は、導電性材料により構成される。導電性材料は、典型的には、金属である。金属は、例えば、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）である。ただし、導電性材料は、上記例に限定されない。第１接続電極１１、第２接続電極１２、第３接続電極１３、第４接続電極１４、第１電極２４、第２電極２５及び第３電極２６から選ばれる少なくとも１つの電極が、フォノニック結晶層を備えていてもよい。当該フォノニック結晶層における複数の貫通孔の貫通方向は、積層構造５の積層方向と略平行であってもよい。
　基板（基層）６は、典型的には、半導体材料から構成される。半導体材料は、例えば、Ｓｉである。基板６は、Ｓｉウェハであってもよい。Ｓｉから構成される基板６の上面には、酸化膜が形成されていてもよい。酸化膜は、例えば、ＳｉＯ2膜である。酸化膜は、第２絶縁層７であってもよい。ただし、基板６の構成は、上記例に限定されない。例えば、基板６の内部に集積回路が埋設されていてもよい。基板６は、複数の層が積層された積層構造を有していてもよい。基板６の少なくとも一部の領域がフォノニック結晶層を備えていてもよい。当該フォノニック結晶層における複数の貫通孔の貫通方向は、積層構造５の積層方向と略平行であってもよい。
　第１絶縁層３は、第１熱電変換モジュール２と第２熱電変換モジュール４との間の電気的な絶縁を保持する層として機能しうる。第２絶縁層７は、基板６と第１熱電変換モジュール２との間の電気的な絶縁を保持する層として機能しうる。第１絶縁層３、第２絶縁層７及び絶縁部２７は、典型的には、絶縁材料により構成される。絶縁材料は、例えば、Ｓｉを含む金属の酸化物、窒化物、酸窒化物である。絶縁材料は、ＳｉＯ2であってもよい。ただし、絶縁材料は、上記例に限定されない。第１絶縁層３、第２絶縁層７及び絶縁部２７から選ばれる少なくとも１つが、フォノニック結晶層を備えていてもよい。当該フォノニック結晶層における複数の貫通孔の貫通方向は、積層構造５の積層方向と略平行であってもよい。
　保護層８は、熱電変換装置１を保護する層として機能しうる。保護層８は、例えば、絶縁材料により構成される。絶縁材料の例は、上述のとおりである。保護層８は、フォノニック結晶層を備えていてもよい。当該フォノニック結晶層における複数の貫通孔の貫通方向は、積層構造５の積層方向と略平行であってもよい。
　熱電変換素子２１の熱電変換部以外の部材もフォノニック結晶層を備える形態によれば、熱電変換装置１における面内方向の熱伝導率が低減可能となる。この低減により、熱電変換装置１の熱電変換効率の更なる向上が可能となる。また、この低減により、面内方向の熱の拡散を抑制でき、熱電変換装置１を備えた電子デバイスの構築の自由度が向上可能となる。
　熱電変換装置１は、温度検出モジュールを更に備えていてもよい。この場合、例えば、温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、第１熱電変換モジュール２及び／又は第２熱電変換モジュール４を制御できる。温度に関する情報は、例えば、温度の値、温度の変化率、温度の履歴である。ただし、温度に関する情報は、上記例に限定されない。図１の熱電変換装置１は、第１絶縁層３の内部に温度検出モジュール２８を備えている。温度検出モジュール２８は、積層方向に見て、積層構造５の中央に位置する。ただし、温度検出モジュール２８の位置は、上記例に限定されない。温度検出モジュール２８は、例えば、熱電対素子、測温抵抗体及びサーミスタから選ばれる少なくとも１つを備える。
　熱電変換装置１は、第１熱電変換モジュール２及び／又は第２熱電変換モジュール４に印加する電圧を制御する制御モジュールを更に備えていてもよい。制御モジュールは、例えば、集積回路により構成できる。制御モジュールは、第１熱電変換モジュール２及び／又は第２熱電変換モジュール４に電圧を印加する電源を備えていてもよいし、制御モジュールとは別に設けられた電源に制御信号を送る信号送信器を備えていてもよい。制御モジュールと温度検出モジュール２８とが接続されていてもよい。
　熱電変換装置１は、上述した以外の任意の部材及び／又はモジュール等を更に備えていてもよい。
　熱電変換装置１は、ペルティエ式冷却及び／又は加熱装置として使用できる。熱電変換装置１による冷却及び／又は加熱の対象となる対象物は、例えば、熱源である。熱源は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ等の集積回路、集積回路を備える集積回路装置である。ただし、対象物は、上記例に限定されない。集積回路の発熱量は負荷に応じて不規則に変化する。このため、一定であることが望まれるにもかかわらず、集積回路の温度は不規則に変動することを余儀なくされる。熱電変換装置１によれば、例えば、上記不規則な変動が抑制され、集積回路の温度の変化を所定の範囲内に保つことができる。言い換えると、対象物が集積回路及び／又は集積回路装置である場合に、熱電変換装置１は特に有利である。
　熱電変換装置１は、ゼーベック式発電装置として使用してもよい。
　＜製造方法＞
　本開示の熱電変換装置は、化学気相成長（ＣＶＤ）、スパッタリング及び蒸着等の各種の薄膜形成手法、並びに、電子線リソグラフィー、フォトリソグラフィー、ブロック共重合体リソグラフィー、選択的エッチング及びケモメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）等の各種の微細加工手法及びパターン形成手法の組み合わせによる製造が可能である。ブロック共重合体リソグラフィーは、フォノニック結晶構造の形成に適している。
　フォノニック結晶層を備える熱電変換素子２１を製造する方法の一例が、図２４Ａ～図２４Ｏの参照により、以下に説明される。熱電変換装置１が備えうる熱電変換素子を製造する方法は、以下の例に限定されない。
　図２４Ａ：基板７１が準備される。基板７１の上面には、酸化膜７２が設けられている。酸化膜７２は、例えば、ＳｉＯ2膜である。
　図２４Ｂ：酸化膜７２の上に、金属層７３が形成される。金属層７３は、後に、第１電極２４となる。金属層７３は、例えば、Ｃｒ層である。金属層７３は、例えば、スパッタリングにより形成される。金属層７３の厚さは、例えば５０ｎｍである。
　図２４Ｃ：金属層７３の上に、半導体層７４が形成される。半導体層７４は、例えば、多結晶Ｓｉ層である。半導体層７４は、例えば、ＣＶＤにより形成される。半導体層７４の厚さは、例えば２００ｎｍである。
　図２４Ｄ：半導体層７４の上に、ハードマスク７５が形成される。ハードマスク７５は、例えば、ＳｉＯ2層である。ハードマスク７５は、例えば、ＣＶＤにより形成される。ハードマスク７５の厚さは、例えば、３０ｎｍである。ハードマスク７５は、半導体層７４に対するフォノニック結晶構造の形成に使用される。
　図２４Ｅ：ハードマスク７５の上に、ブロック共重合体の自己組織化膜７６が形成される。自己組織化膜７６は、フォノニック結晶構造を形成するためのブロック共重合体リソグラフィーに使用される。
　図２４Ｆ：ブロック共重合体リソグラフィーにより、規則的に配列した複数の貫通孔７７がハードマスク７５に形成される。
　図２４Ｇ：ハードマスク７５をレジストとする選択的エッチングによって、半導体層７４に対して、平面視したときに複数の貫通孔７７に対応する位置に、規則的に配列した複数の貫通孔５０が形成される。形成された複数の貫通孔５０は、フォノニック結晶構造を構成する。半導体層７４は、フォノニック結晶層５６となる。
　図２４Ｈ：ハードマスク７５及び自己組織化膜７６が除去される。
　図２４Ｉ：フォノニック結晶層５６における貫通孔５０の内周面に酸化膜６２が形成される。酸化膜６２は、例えば、ＳｉＯ2膜である。酸化膜６２は、例えば、熱酸化により形成される。酸化膜６２の厚さは、例えば、１ｎｍである。
　図２４Ｊ：フォノニック結晶層５６における貫通孔５０の内部に半導体が充填されて、酸化膜６２を周面に有するピラー６１が形成される。ピラー６１は、例えば、多結晶Ｓｉにより構成される。ピラー６１は、例えば、ＣＶＤにより形成される。また、このとき、ピラー６１を構成する半導体材料により構成される層７８がフォノニック結晶層５６の上に形成される。
　図２４Ｋ：ＣＭＰ等の手法により、層７８が除去される。このようにして、ピラー６１をさらに備えるフォノニック結晶層５６が形成される。
　図２４Ｌ：フォトリソグラフィー等の手法を用い、フォノニック結晶層５６の一部の領域に不純物イオンが注入及びドープされて、ｐ型熱電変換部２２を形成する。不純物イオンは、例えば、ホウ素イオンである。
　図２４Ｍ：フォトリソグラフィー等の手法を用い、フォノニック結晶層５６におけるｐ型熱電変換部２２とは異なる領域に不純物イオンが注入及びドープされて、ｎ型熱電変換部２３を形成する。不純物イオンは、例えば、リンイオンである。ｐ型熱電変換部２２とｎ型熱電変換部２３とは、互いに離間している。
　図２４Ｎ：全体が熱処理（アニール）されて、ドープした不純物イオンを活性化する。
　図２４Ｏ：ｐ型熱電変換部２２の上に第２電極２５が形成される。ｎ型熱電変換部２３の上に第３電極２６が形成される。第２電極２５及び第３電極２６は、例えば、Ａｌにより構成される。これにより、熱電変換素子２１が形成される。フォノニック結晶層５６におけるｐ型熱電変換部２２とｎ型熱電変換部２３との間の領域は、絶縁部２７として残される。絶縁部２７は、規則的に配列した複数の貫通孔５０を具備するフォノニック結晶構造を有する。この形態によれば、ｐ型熱電変換部２２とｎ型熱電変換部２３との間における素子２１の面内方向の熱伝導率が低減可能となる。また、この低減により、熱電変換素子２１及び熱電変換装置１の熱電変換効率のさらなる向上が可能となる。
　（第２実施形態）
　第２実施形態の熱電変換装置を図２５に示す。第２実施形態の熱電変換装置１は、第２熱電変換モジュール４の上に設けられた第３絶縁層１０及び第３絶縁層１０の上に設けられた第３熱電変換モジュール９を更に備えると共に、保護層８の位置が第３熱電変換モジュール９の上である以外は、第１実施形態の熱電変換装置１と同様の構成を有する。第２実施形態の熱電変換装置１は、３つの熱電変換モジュール２，４，９が積層された構造を有する。本開示の熱電変換装置は、積層構造５を有する限り、第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４に加えて、更なる熱電変換モジュールを備えていてもよい。本開示の熱電変換装置が備える熱電変換モジュールの数は限定されない。
　第３熱電変換モジュール９は、２以上の熱電変換素子２１（２１ｃ）と、第５接続電極１５及び第６接続電極１６とを備える。第３熱電変換モジュール９の熱電変換素子２１ｃは、第５接続電極１５及び第６接続電極１６と電気的に接続されている。熱電変換素子２１ｃは、第３熱電変換モジュール９が備える接続電極１５，１６間を結ぶ電気的な経路上に位置する。接続電極１５，１６を介した電圧の印加により、熱電変換素子２１ｃ及び第３熱電変換モジュール９は、それぞれ、ペルティエ素子及びペルティエモジュールとして作動する。上記点以外、第３熱電変換モジュール９は、第１熱電変換モジュール２及び／又は第２熱電変換モジュール４と同様の構造を有しうる。第２実施形態の熱電変換装置１では、各熱電変換モジュール２，４，９間で独立した制御が可能となる。独立して制御可能な熱電変換モジュールの数の増加により、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度が更に向上可能となる。
　第２実施形態の熱電変換装置１では、第１絶縁層３を介した第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４の積層体を積層構造５（５ａ）と捉えることも、第３絶縁層１０を介した第２熱電変換モジュール４及び第３熱電変換モジュール９の積層体を積層構造５（５ｂ）と捉えることもできる。積層構造５ｂに対しても、積層構造５ａと同様に、熱電変換モジュール毎の独立した制御が可能である。積層構造５ｂに対する制御は、積層構造５ａに対する制御と同様であってもよい。
　（第３実施形態）
　第３実施形態の熱電変換装置を図２６に示す。第１実施形態及び第２実施形態の熱電変換素子２１は、１つの素子内にｐ型熱電変換部２２及びｎ型熱電変換部２３を備えた、当業者にπ型と称される素子である。本開示の熱電変換装置が備えうる熱電変換素子は、π型に限定されない。第３実施形態の熱電変換装置１は、π型とは異なる熱電変換素子３１を備える。熱電変換素子２１の代わりに熱電変換素子３１を備える以外は、第３実施形態の熱電変換装置１は第１実施形態の熱電変換装置１と同様の構成を有する。
　熱電変換素子３１は、互いに隣接する２つの熱電変換部３２，３３を備える。熱電変換部３２，３３は、同じ導電型を有している。言い換えると、熱電変換素子３１は、互いに隣接する２つのｐ型熱電変換部又はｎ型熱電変換部を備える。また、熱電変換素子３１は、第４電極３４、第５電極３５及び第６電極３６を備える。一方の熱電変換部３２の一方の端部と、他方の熱電変換部３３の一方の端部とは、第４電極３４を介して電気的に接続されている。第４電極３４は、熱電変換部３２の下面と熱電変換部３３の上面とを電気的に接続する。第４電極３４は、積層構造５の厚さ方向に延びるビア配線３７（３７ａ）を有する。熱電変換部３２の他方の端部は、第５電極３５と電気的に接続されている。熱電変換部３３の他方の端部は、第６電極３６と電気的に接続されている。第５電極３５及び第６電極３６から選ばれる一方の電極は、接続電極間を結ぶ上記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置する。第５電極３５及び第６電極３６から選ばれる他方の電極は、接続電極間を結ぶ上記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置する。言い換えると、第５電極３５及び第６電極３６を介して熱電変換素子３１に電圧が印加可能である。熱電変換素子３１において熱電変換部を挟持する一対の電極を結ぶ方向は、通常、積層構造５の積層方向である。電気的な経路に電流を流したときに、隣接する２つの熱電変換部３２，３３における電流の流れる方向は同一（図２６中の矢印を参照）である。熱電変換素子３１は、当業者にユニレッグ型として知られた素子である。
　図２６の熱電変換モジュール２，４は、２以上の熱電変換素子３１を備える。隣接する素子３１間において第５電極３５と第６電極３６とは、積層構造５の積層方向に延びるビア配線３７（３７ｂ）を介して電気的に接続されている。
　熱電変換素子３１は、熱電変換部がフォノニック結晶層を有する限り、ユニレッグ型として知られた任意の構成をとることができる。
　［熱電変換装置の制御方法］
　熱電変換装置１の制御方法の一例が図２７に示される。図２７の制御方法は、第１熱電変換モジュール２に対して第１電圧が印加され、第２熱電変換モジュール４に対して第２電圧が印加される工程を含む。第１電圧と第２電圧とは、印加パターンにおいて異なっている。図２７の制御方法は、熱電変換装置１が備える熱電変換モジュール毎に独立した制御を実施する方法の一種である。
　印加パターンの異なる態様の例は、次のとおりである。ただし、印加パターンの異なる態様は、以下の例に限定されない。
　・実効電圧値、最大電圧値及び最小電圧値から選ばれる少なくとも１つが異なる。
　・パルス電圧の印加において、パルス幅、周期、波形及びデューティ比から選ばれる少なくとも１つが異なる。
　熱電変換装置が第１温度検出モジュール２８を備える場合、温度検出モジュール２８が取得した温度に関する情報に基づいて、第１電圧及び／又は第２電圧の印加パターンが制御されてもよい。
　熱電変換装置１の近傍には、熱電変換装置１により冷却及び／加熱する対象物が配置されていてもよい。対象物は、例えば、熱源である。熱源の例は、上述のとおりである。対象物は、例えば、熱電変換装置１における基板６とは反対側に配置される。対象物と熱電変換装置１とが接していてもよい。対象物は、熱電変換装置１の保護層８、絶縁層又は熱電変換モジュールに接していてもよい。また、このとき、以下の制御Ａ、制御Ｂ及び制御Ｃから選ばれる少なくとも１つが実施されてもよい。
　制御Ａ：対象物が第２温度検出モジュールを備えるか、又は、対象物と熱電変換装置１との間に第２温度検出モジュールが配置されており、第２温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、第１電圧及び／又は第２電圧の印加パターンが制御される。これにより、対象物の冷却及び／又は加熱の制御の自由度が更に向上可能となる。
　制御Ｂ：熱電変換装置１が備える熱電変換モジュール群から選ばれる、対象物により近い熱電変換モジュールに印加される電圧が、対象物からより離れた熱電変換モジュールに印加される電圧に比べて高い頻度で変化するように、第１電圧及び／又は第２電圧の印加パターンが制御される。実施形態１，３の熱電変換モジュール群は、第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４から構成される。実施形態２の熱電変換モジュール群は、第１熱電変換モジュール２、第２熱電変換モジュール４及び第３熱電変換モジュール９から構成される。ただし、３以上の熱電変換モジュールから構成される熱電変換モジュール群において、絶縁層を挟んで隣接するいずれの２つの熱電変換モジュールを第１熱電変換モジュール２及び第２熱電変換モジュール４と定めて第１電圧及び第２電圧を印加するかは任意である。
　制御Ｃ：対象物の温度の変化が所定の範囲内となるように、第１電圧及び／又は第２電圧の印加パターンが制御される。
　制御Ｂのより具体的な一例が図２８及び図２９に示される。図２８及び図２９の制御方法は、３つの熱電変換モジュールを備える熱電変換装置１の制御方法である。図２８及び図２９の制御方法では、対象物に最も近い熱電変換モジュールＡに印加される電圧が、対象物からより離れた熱電変換モジュールＢ及び熱電変換モジュールＣに印加される電圧に比べて高い頻度で変化するように、電圧の印加パターンが制御される。また、熱電変換モジュールＢに印加される電圧が、熱電変換モジュールＢに比べて対象物から離れた熱電変換モジュールＣに印加される電圧に比べて高い頻度で変化するように、電圧の印加パターンが制御される。なお、図２９の制御では、熱電変換モジュールＡ，Ｂに対する電圧の印加は不規則である。
　上記制御方法は、熱電変換装置１を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法でもある。言い換えると、本開示は、上記とは別の側面から、熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法であって、前記熱電変換装置は本開示の熱電変換装置であり、前記熱電変換装置において、前記第１熱電変換モジュールに対して第１電圧が印加され、前記第２熱電変換モジュールに対して前記第１電圧とは印加パターンにおいて異なる第２電圧が印加される工程を含む方法、を提供する。この方法では、上述した１又は２以上の制御を実施できる。
　［電子デバイス］
　本開示は、また別の側面から、集積回路、並びに前記集積回路を冷却及び／又は加熱する熱電変換装置を備え、前記熱電変換装置は本開示の熱電変換装置である電子デバイス、を提供する。電子デバイスの例は、上述のとおりである。
　本開示の熱電変換装置は、例えば、ペルティエ式冷却装置及び／又は加熱装置として使用できる。
　上記の開示内容から導出される発明の一例が、以下、列記される。
　（項目１）
　熱電変換装置であって、
　　第１熱電変換モジュール、
　　前記第１熱電変換モジュール上に設けられた第１絶縁層、及び
　　前記第１絶縁層上に設けられた第２熱電変換モジュール、
　を具備し、
　ここで、
　前記第１熱電変換モジュールは、少なくとも１つの熱電変換素子、第１接続電極、及び第２接続電極を具備し、
　前記第１熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記第１接続電極及び前記第２接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第１接続電極と前記第２接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
　前記第２熱電変換モジュールは、少なくとも１つの熱電変換素子、第３接続電極、及び第４接続電極、を具備し、
　前記第２熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、前記第３接続電極及び前記第４接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第３接続電極と前記第４接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
　前記第１熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子および前記第２熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は熱電変換部を具備し、
　前記熱電変換部は、規則的に配列した複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶層を備え、かつ
　前記複数の貫通孔の貫通方向は、前記第１熱電変換モジュール、前記第１絶縁層、及び前記第２熱電変換モジュールの積層方向と略平行である、
　熱電変換装置。
　（項目２）
　項目１に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、２以上の熱電変換素子を備える、
　熱電変換装置。
　（項目３）
　項目１に記載の熱電変換装置であって、
　前記第２熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、２以上の熱電変換素子を備える、
　熱電変換装置。
　（項目４）
　項目２に記載の熱電変換装置であって、
　前記２以上の熱電変換素子は、前記第１接続電極及び前記第２接続電極の間において、電気的に直列に互いに接続されている、
　熱電変換装置。
　（項目５）
　項目３に記載の熱電変換装置であって、
　前記２以上の熱電変換素子は、前記第１接続電極及び前記第２接続電極の間において、電気的に直列に互いに接続されている、
　熱電変換装置。
　（項目６）
　項目１から５のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールからなる群から選択される少なくとも１つの熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、
　　ｐ型熱電変換部、
　　ｎ型熱電変換部、
　　第１電極、
　　第２電極、及び
　　第３電極、
　を具備し、
　ここで、
　前記熱電変換部は、前記ｐ型熱電変換部および前記ｎ型熱電変換部を含み、
　前記ｐ型熱電変換部の一方の端部及び前記ｎ型熱電変換部の一方の端部は、前記第１電極を介して電気的に互いに接続されており、
　前記ｐ型熱電変換部の他方の端部は、前記第２電極と電気的に接続されており、
　前記ｎ型熱電変換部の他方の端部は、前記第３電極と電気的に接続されており、
　前記第２電極及び前記第３電極から選ばれる一方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置し、かつ
　前記第２電極及び前記第３電極から選ばれる他方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置する、
　熱電変換装置。
　（項目７）
　項目１から５のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールからなる群から選択される少なくとも１つの熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、
　　互いに隣接する２つのｐ型熱電変換部、
　　第４電極、
　　第５電極、及び
　　第６電極、
　を具備し、
　ここで、
　前記熱電変換部は、前記２つのｐ型熱電変換部を含み、
　一方の前記熱電変換部の一方の端部及び他方の前記熱電変換部の一方の端部は、前記第４電極を介して電気的に互いに接続されており、
　前記一方の熱電変換部の他方の端部は、前記第５電極と電気的に接続されており、
　前記他方の熱電変換部の他方の端部は、前記第６電極と電気的に接続されており、
　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる一方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置し、
　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる他方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置し、かつ
　前記電気的な経路に電流を流したときに、前記隣接する２つの熱電変換部における前記電流の流れる方向は同一である、
　熱電変換装置。
　（項目８）
　項目１から５のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールからなる群から選択される少なくとも１つの熱電変換モジュールの前記少なくとも１つの熱電変換素子は、
　　互いに隣接する２つのｎ型熱電変換部、
　　第４電極、
　　第５電極、及び
　　第６電極、
　を具備し、
　ここで、
　前記熱電変換部は、前記２つのｎ型熱電変換部を含み、
　一方の前記熱電変換部の一方の端部及び他方の前記熱電変換部の一方の端部は、前記第４電極を介して電気的に互いに接続されており、
　前記一方の熱電変換部の他方の端部は、前記第５電極と電気的に接続されており、
　前記他方の熱電変換部の他方の端部は、前記第６電極と電気的に接続されており、
　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる一方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置し、
　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる他方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置し、かつ
　前記電気的な経路に電流を流したときに、前記隣接する２つの熱電変換部における前記電流の流れる方向は同一である、
　熱電変換装置。
　（項目９）
　項目１から８のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記フォノニック結晶層は、第１フォノニック結晶層及び第２フォノニック結晶層を具備し、
　前記第１フォノニック結晶層は、前記貫通孔として、規則的に配列した複数の第１貫通孔を具備する第１フォノニック結晶構造を有し、
　前記第２フォノニック結晶層は、前記貫通孔として、規則的に配列した複数の第２貫通孔を具備する第２フォノニック結晶構造を有し、かつ
　前記第１フォノニック結晶層及び前記第２フォノニック結晶層は、前記積層方向に積層されている、
　熱電変換装置。
　（項目１０）
　項目９に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１フォノニック結晶層および前記第２フォノニック結晶層は、互いに接している、
　熱電変換装置。
　（項目１１）
　項目９又は１０に記載の熱電変換装置であって、
　前記第２貫通孔の少なくとも一部は、前記第１貫通孔と連通していない、
　熱電変換装置。
　（項目１２）
　項目１から１１のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
　前記第１ドメインにおける前記複数の貫通孔は、前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、第１方向に規則的に配列しており、かつ
　前記第２ドメインにおける前記複数の貫通孔は、前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面において、前記第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列している、
　熱電変換装置。
　（項目１３）
　項目１から１２のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記フォノニック結晶層は、複数のピラーを備え、
　前記ピラーは、直線状に延びる柱状体であり、かつ
　前記ピラーの各々は、前記フォノニック結晶層の前記貫通孔に充填されている、
　熱電変換装置。
　（項目１４）
　項目１３に記載の熱電変換装置であって、
　前記ピラーが充填された前記フォノニック結晶層と、前記ピラーとが同一の材料により構成され、かつ
　前記ピラーの周面は、酸化膜により被覆されている、
　熱電変換装置。
　（項目１５）
　項目１から１４のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　温度検出モジュールを更に具備する、
　熱電変換装置。
　（項目１６）
　項目１から１５のいずれか１項に記載の熱電変換装置であって、
　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールからなる群から選択される少なくとも１つの熱電変換モジュールに印加する電圧を制御する制御モジュールを更に具備する、
　熱電変換装置。
　（項目１７）
　熱電変換装置の制御方法であって、
　前記方法は、
　　項目１から１６のいずれかに記載の熱電変換装置における前記第１熱電変換モジュールおよび前記第２熱電変換モジュールに、それぞれ、第１電圧および第２電圧を印加する工程
　を含み、
　ここで、
　前記第１電圧及び前記第２電圧は、印加パターンにおいて互いに異なる、
　制御方法。
　（項目１８）
　項目１７に記載の制御方法であって、
　前記熱電変換装置が第１温度検出モジュールを備え、
　前記第１温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、前記第１電圧及び前記第２電圧からなる群から選択される少なくとも１つの電圧の印加パターンが制御される、
　制御方法。
　（項目１９）
　項目１７又は１８に記載の制御方法であって、
　前記熱電変換装置の近傍に、前記熱電変換装置により冷却及び／又は加熱する対象物が配置されている、
　制御方法。
　（項目２０）
　項目１９に記載の制御方法であって、
　前記対象物が第２温度検出モジュールを備えるか、又は、前記対象物及び前記熱電変換装置の間に第２温度検出モジュールが配置されており、かつ
　前記第２温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、前記第１電圧及び前記第２電圧からなる群から選択される少なくとも１つの電圧の印加パターンが制御される、
　制御方法。
　（項目２１）
　項目１９又は２０に記載の制御方法であって、
　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールから選ばれる、前記対象物により近い熱電変換モジュールに印加される電圧が、前記対象物からより離れた熱電変換モジュールに印加される電圧に比べて高い頻度で変化するように、前記第１電圧及び前記第２電圧の印加パターンからなる群から選択される少なくとも１つの電圧が制御される
　制御方法。
　（項目２２）
　項目１７から２１のいずれか１項に記載の制御方法であって、
　前記対象物の温度の変化が所定の範囲内となるように、前記第１電圧及び前記第２電圧からなる群から選択される少なくとも１つの電圧の印加パターンが制御される、
　制御方法。
　（項目２３）
　項目１７から２２のいずれか１項に記載の制御方法であって、
　前記対象物は熱源である、
　制御方法。
　（項目２４）
　熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法であって、
　前記熱電変換装置は、項目１から１６のいずれか１項に記載の熱電変換装置であり、
　前記方法は、前記熱電変換装置において、前記第１熱電変換モジュールおよび前記第２熱電変換モジュールに、それぞれ第１電圧および第２電圧を印加する工程を含み、かつ
　前記第１電圧及び前記第２電圧は、印加パターンにおいて互いに異なる、
　方法。
　（項目２５）
　電子デバイスであって、
　　集積回路、及び
　　前記集積回路を冷却及び／又は加熱する熱電変換装置、を具備し、
　前記熱電変換装置は、項目１から１６のいずれか１項に記載の熱電変換装置である、
　電子デバイス。
　　１　熱電変換装置
　　２　第１熱電変換モジュール
　　３　第１絶縁層
　　４　第２熱電変換モジュール
　　５　積層構造
　　６　基板
　　７　第２絶縁層
　　８　保護層
　　９　第３熱電変換モジュール
　１０　第３絶縁層
　１１　第１接続電極
　１２　第２接続電極
　１３　第３接続電極
　１４　第４接続電極
　２１　熱電変換素子（π型）
　２２　ｐ型熱電変換部
　２３　ｎ型熱電変換部
　２４　第１電極
　２５　第２電極
　２６　第３電極
　２７　絶縁部
　２８　温度検出モジュール
　３１　熱電変換素子（ユニレッグ型）
　３２，３３　熱電変換部
　３４　第４電極
　３５　第５電極
　３６　第６電極
　４３　第１貫通孔
　４４　第１フォノニック結晶層
　４５　第２貫通孔
　４６　第２フォノニック結晶層
　５０　貫通孔
　５１Ａ　第１ドメイン
　５１Ｂ　第２ドメイン
　５２　フォノニック多結晶構造
　５３Ａ，５３Ｂ　方位
　５５　界面
　５６　フォノニック結晶層
　６１　ピラー
　６２　酸化膜
　９１，９１Ａ，９１Ｂ　単位格子

Claims (21)

  1. 　熱電変換装置であって、
    　　第１熱電変換モジュール；
    　　前記第１熱電変換モジュール上に設けられた第１絶縁層；及び
    　　前記第１絶縁層上に設けられた第２熱電変換モジュール、を具備し、
    　ここで、
    　前記第１熱電変換モジュールは、１又は２以上の熱電変換素子と、第１接続電極及び第２接続電極と、を具備し、
    　前記第１熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、前記第１接続電極及び前記第２接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第１接続電極と前記第２接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
    　前記第２熱電変換モジュールは、１又は２以上の熱電変換素子と、第３接続電極及び第４接続電極と、を具備し、
    　前記第２熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、前記第３接続電極及び前記第４接続電極と電気的に接続され、かつ、前記第３接続電極と前記第４接続電極とを結ぶ電気的な経路上に位置し、
    　各々の前記熱電変換素子は熱電変換部を具備し、
    　少なくとも１つの前記熱電変換素子の前記熱電変換部は、規則的に配列した複数の貫通孔を具備するフォノニック結晶構造を有するフォノニック結晶層を備え、
    　前記フォノニック結晶構造における前記複数の貫通孔の貫通方向は、前記第１熱電変換モジュール、前記第１絶縁層及び前記第２熱電変換モジュールの積層方向と略平行である。
  2. 　請求項１に記載の熱電変換装置であって、
    　前記第１熱電変換モジュール及び／又は前記第２熱電変換モジュールは、２以上の前記熱電変換素子を備える。
  3. 　請求項１に記載の熱電変換装置であって、
    　前記熱電変換装置は、以下の（ａ）及び／又は（ｂ）を満たす。
    （ａ）前記第１熱電変換モジュールは、２以上の前記熱電変換素子を備え、
    　　　前記第１熱電変換モジュールの前記２以上の熱電変換素子は、前記第１接続電極と
    　　前記第２接続電極との間において、電気的に直列に互いに接続されている。
    （ｂ）前記第２熱電変換モジュールは、２以上の前記熱電変換素子を備え、
    　　　前記第２熱電変換モジュールの前記２以上の熱電変換素子は、前記第３接続電極と
    　　前記第４接続電極との間において、電気的に直列に互いに接続されている。
  4. 　請求項１から３のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記第１熱電変換モジュール及び／又は前記第２熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、
    　　前記熱電変換部であるｐ型熱電変換部及びｎ型熱電変換部；
    　　第１電極；
    　　第２電極；及び
    　　第３電極、を具備し、
    　ここで、
    　前記ｐ型熱電変換部の一方の端部と、前記ｎ型熱電変換部の一方の端部とは、前記第１電極を介して電気的に接続されており、
    　前記ｐ型熱電変換部の他方の端部は、前記第２電極と電気的に接続されており、
    　前記ｎ型熱電変換部の他方の端部は、前記第３電極と電気的に接続されており、
    　前記第２電極及び前記第３電極から選ばれる一方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置し、
    　前記第２電極及び前記第３電極から選ばれる他方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置する。
  5. 　請求項１から３のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記第１熱電変換モジュール及び／又は前記第２熱電変換モジュールの前記熱電変換素子は、
    　　前記熱電変換部であり、かつ、互いに隣接する２つのｐ型熱電変換部又はｎ型熱電変換部；
    　　第４電極；
    　　第５電極；及び
    　　第６電極、を具備し、
    　ここで、
    　一方の前記熱電変換部の一方の端部と、他方の前記熱電変換部の一方の端部とは、前記第４電極を介して電気的に接続されており、
    　前記一方の熱電変換部の他方の端部は、前記第５電極と電気的に接続されており、
    　前記他方の熱電変換部の他方の端部は、前記第６電極と電気的に接続されており、
    　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる一方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の上流側に位置し、
    　前記第５電極及び前記第６電極から選ばれる他方の電極は、前記電気的な経路上にあって当該経路の下流側に位置し、
    　前記電気的な経路に電流を流したときに、前記隣接する２つの熱電変換部における前記電流の流れる方向は同一である。
  6. 　請求項１から５のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記少なくとも１つの熱電変換素子の前記熱電変換部は、前記フォノニック結晶層である第１フォノニック結晶層及び第２フォノニック結晶層を具備し、
    　前記第１フォノニック結晶層は、前記貫通孔として、規則的に配列した複数の第１貫通孔を具備する第１フォノニック結晶構造を有し、
    　前記第２フォノニック結晶層は、前記貫通孔として、規則的に配列した複数の第２貫通孔を具備する第２フォノニック結晶構造を有し、
    　前記第１フォノニック結晶層と前記第２フォノニック結晶層とは、前記積層方向に積層されている。
  7. 　請求項６に記載の熱電変換装置であって、
    　前記第１フォノニック結晶層と前記第２フォノニック結晶層とは、互いに接している。
  8. 　請求項６又は７に記載の熱電変換装置であって、
    　前記第２貫通孔の少なくとも一部は、前記第１貫通孔と連通していない。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記フォノニック結晶構造は、フォノニック結晶領域である第１ドメイン及び第２ドメインを含み、
    　前記第１ドメインにおける前記複数の貫通孔は、前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面を見たときに、第１方向に規則的に配列しており、
    　前記第２ドメインにおける前記複数の貫通孔は、前記貫通孔の貫通方向に垂直な断面を見たときに、前記第１方向とは異なる第２方向に規則的に配列している。
  10. 　請求項１から９のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記フォノニック結晶層は、複数のピラーを備え、
    　前記ピラーは、直線状に延びる柱状体であり、
    　前記ピラーの各々は、前記フォノニック結晶層の前記貫通孔に充填されている。
    　ただし、前記ピラーが充填された前記フォノニック結晶層と、前記ピラーとが同一の材料により構成される場合、前記ピラーの周面は、酸化膜により被覆されている。
  11. 　請求項１から１０のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　温度検出モジュールを更に具備する。
  12. 　請求項１から１１のいずれかに記載の熱電変換装置であって、
    　前記第１熱電変換モジュール及び／又は前記第２熱電変換モジュールに印加する電圧を制御する制御モジュールを更に具備する。
  13. 　熱電変換装置の制御方法であって、
    　請求項１から１２のいずれかに記載の熱電変換装置において、
    　前記第１熱電変換モジュールに対して第１電圧が印加され、
    　前記第２熱電変換モジュールに対して第２電圧が印加される工程を含み、
    　前記第１電圧及び前記第２電圧は、印加パターンにおいて異なる。
  14. 　請求項１３に記載の制御方法であって、
    　前記熱電変換装置が第１温度検出モジュールを備え、
    　前記第１温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、前記第１電圧及び／又は前記第２電圧の印加パターンが制御される。
  15. 　請求項１３又は１４に記載の制御方法であって、
    　前記熱電変換装置の近傍に、前記熱電変換装置により冷却及び／又は加熱する対象物が配置されている。
  16. 　請求項１５に記載の制御方法であって、
    　前記対象物が第２温度検出モジュールを備えるか、又は、前記対象物と前記熱電変換装置との間に第２温度検出モジュールが配置されており、
    　前記第２温度検出モジュールが取得した温度に関する情報に基づいて、前記第１電圧及び／又は前記第２電圧の印加パターンが制御される。
  17. 　請求項１５又は１６に記載の制御方法であって、
    　前記第１熱電変換モジュール及び前記第２熱電変換モジュールから選ばれる、前記対象物により近い熱電変換モジュールに印加される電圧が、前記対象物からより離れた熱電変換モジュールに印加される電圧に比べて高い頻度で変化するように、前記第１電圧及び／又は前記第２電圧の印加パターンが制御される。
  18. 　請求項１５から１７のいずれかに記載の制御方法であって、
    　前記対象物の温度の変化が所定の範囲内となるように、前記第１電圧及び／又は前記第２電圧の印加パターンが制御される。
  19. 　請求項１５から１８のいずれかに記載の制御方法であって、
    　前記対象物は熱源である。
  20. 　熱電変換装置を用いて対象物を冷却及び／又は加熱する方法であって、
    　前記熱電変換装置は、請求項１から１２のいずれかに記載の熱電変換装置であり、
    　前記熱電変換装置において、前記第１熱電変換モジュールに対して第１電圧が印加され、前記第２熱電変換モジュールに対して第２電圧が印加される工程を含み、
    　前記第１電圧及び前記第２電圧は、印加パターンにおいて異なる。
  21. 　電子デバイスであって、
    　　集積回路；及び
    　　前記集積回路を冷却及び／又は加熱する熱電変換装置、を具備し、
    　前記熱電変換装置は、請求項１から１２のいずれかに記載の熱電変換装置である。
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