JPH06188464A - 薄膜熱電素子及びその製造方法 - Google Patents
薄膜熱電素子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH06188464A JPH06188464A JP4337452A JP33745292A JPH06188464A JP H06188464 A JPH06188464 A JP H06188464A JP 4337452 A JP4337452 A JP 4337452A JP 33745292 A JP33745292 A JP 33745292A JP H06188464 A JPH06188464 A JP H06188464A
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- film thermoelectric
- thermoelectric material
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 効率低下を起こさない薄膜熱電素子を得る。
【構成】 互いに間隔を設けて分割された複数の板状又
は薄膜状の絶縁性基板２、３と、絶縁性基板２、３の表
面に絶縁性基板２、３間の間隔を橋渡しして連続して設
けた薄膜熱電材料４と、薄膜熱電材料４の両端部にそれ
ぞれ接合した金属電極５、６にて構成し、絶縁性基板内
部を高温側から低温側へと熱が伝わるのを防止して、素
子効率の低下を防止した。絶縁性基板２、３間の間隔
は、絶縁性基板上に付着した薄膜熱電材料４を保存した
状態で絶縁性基板の一部、好ましくはその一部を構成し
ている可溶性有機材料を除去して形成する。
は薄膜状の絶縁性基板２、３と、絶縁性基板２、３の表
面に絶縁性基板２、３間の間隔を橋渡しして連続して設
けた薄膜熱電材料４と、薄膜熱電材料４の両端部にそれ
ぞれ接合した金属電極５、６にて構成し、絶縁性基板内
部を高温側から低温側へと熱が伝わるのを防止して、素
子効率の低下を防止した。絶縁性基板２、３間の間隔
は、絶縁性基板上に付着した薄膜熱電材料４を保存した
状態で絶縁性基板の一部、好ましくはその一部を構成し
ている可溶性有機材料を除去して形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱と電気を相互に変換
する熱電素子に関し、特に薄膜材料を用いた薄膜熱電素
子及びその製造方法に関するものである。
する熱電素子に関し、特に薄膜材料を用いた薄膜熱電素
子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電材料は、両端に温度差をつけると電
圧が発生し、逆に通電すると温度差が発生する材料であ
り、従来から廃熱利用による発電や、通電による局所部
分の冷却等に使用されていた。そして、その場合の熱電
材料はバルク材料と呼ばれる一辺が数ｍｍの直方体や円
筒形状のエレメントを用い、これらを複数個林立させて
使用していた。
圧が発生し、逆に通電すると温度差が発生する材料であ
り、従来から廃熱利用による発電や、通電による局所部
分の冷却等に使用されていた。そして、その場合の熱電
材料はバルク材料と呼ばれる一辺が数ｍｍの直方体や円
筒形状のエレメントを用い、これらを複数個林立させて
使用していた。
【０００３】ところが、近年、その熱電材料を薄膜形状
とする試みが、２つの理由からなされてきている。１つ
は、最近のマイクロエレクトロニクスの発展等により、
微細加工、微細領域制御、薄膜加工等の技術が進展し、
熱電材料においても薄膜形状で対応する必要性が高ま
り、応用分野が増えていることである。２つは、バルク
材料は溶製、焼結等の方法で作製し、不純物の添加等に
より材料性能を向上させているが、現状の性能では広範
囲な実用化にはまだ適していない。
とする試みが、２つの理由からなされてきている。１つ
は、最近のマイクロエレクトロニクスの発展等により、
微細加工、微細領域制御、薄膜加工等の技術が進展し、
熱電材料においても薄膜形状で対応する必要性が高ま
り、応用分野が増えていることである。２つは、バルク
材料は溶製、焼結等の方法で作製し、不純物の添加等に
より材料性能を向上させているが、現状の性能では広範
囲な実用化にはまだ適していない。
【０００４】そこで、製造方法を変え、形状に工夫を加
える等の手段によって従来とは違った特長を見出してい
くことが必要であり、その一つとして薄膜材料にて熱電
素子を作製する試みがなされている。
える等の手段によって従来とは違った特長を見出してい
くことが必要であり、その一つとして薄膜材料にて熱電
素子を作製する試みがなされている。
【０００５】薄膜材料からなる熱電素子において、温度
差又は通電の方向として２方向が考えられる。即ち、膜
面方向と膜厚方向である。膜厚方向の場合は、基本的に
はバルク材料を相似的に縮小したものと考えられるが、
その場合非常に近距離に温度差をつけることになり、熱
ロスが発生する可能性が多い。また製造プロセスを考え
た場合も、膜の表裏に熱的接触を良好に伝熱媒体設置さ
せることも困難であると考えられる。そこで、膜面方向
を温度差又は通電方向とする方法が実際的である。
差又は通電の方向として２方向が考えられる。即ち、膜
面方向と膜厚方向である。膜厚方向の場合は、基本的に
はバルク材料を相似的に縮小したものと考えられるが、
その場合非常に近距離に温度差をつけることになり、熱
ロスが発生する可能性が多い。また製造プロセスを考え
た場合も、膜の表裏に熱的接触を良好に伝熱媒体設置さ
せることも困難であると考えられる。そこで、膜面方向
を温度差又は通電方向とする方法が実際的である。
【０００６】膜面方向に通電した場合の温度差を考える
ための例を図３を用いて説明する。
ための例を図３を用いて説明する。
【０００７】図３に示した薄膜熱電素子１１において、
絶縁性基板１２の表面には、金属電極１３、１４が設置
され、薄膜熱電材料１５が付着されている。金属電極１
３、１４間に電流を流すことにより、金属電極１３と薄
膜熱電材料１５の界面及び金属電極１４と薄膜熱電材料
１５の界面においてペルチェ効果により吸熱及び発熱が
発生する。その結果、薄膜熱電材料１５の両端には、そ
れに相当した温度差が発生する。そして、Ｐ型およびＮ
型半導体の薄膜熱電材料を利用してこのような素子を多
数並列することにより、この温度差を拡大して冷却等に
使用することが可能となる。
絶縁性基板１２の表面には、金属電極１３、１４が設置
され、薄膜熱電材料１５が付着されている。金属電極１
３、１４間に電流を流すことにより、金属電極１３と薄
膜熱電材料１５の界面及び金属電極１４と薄膜熱電材料
１５の界面においてペルチェ効果により吸熱及び発熱が
発生する。その結果、薄膜熱電材料１５の両端には、そ
れに相当した温度差が発生する。そして、Ｐ型およびＮ
型半導体の薄膜熱電材料を利用してこのような素子を多
数並列することにより、この温度差を拡大して冷却等に
使用することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の場合の熱収支を考えてみると、通常バルク材
料でも熱ロスとなる熱電材料内部の熱移動に加えて、基
板内部を通って高温側から低温側へと熱が流れてしまう
ことが分かる。すなわち、単独で存在しているバルク材
料に対して、薄膜材料ではどうしても付着すべき基板が
存在しているのでその基板が熱ロスの一因となり、同等
の熱電性能を持つバルク材料と薄膜材料で比較すると、
素子効率がどうしても薄膜材料を用いた場合の方が劣っ
てしまうという問題があった。
うな構成の場合の熱収支を考えてみると、通常バルク材
料でも熱ロスとなる熱電材料内部の熱移動に加えて、基
板内部を通って高温側から低温側へと熱が流れてしまう
ことが分かる。すなわち、単独で存在しているバルク材
料に対して、薄膜材料ではどうしても付着すべき基板が
存在しているのでその基板が熱ロスの一因となり、同等
の熱電性能を持つバルク材料と薄膜材料で比較すると、
素子効率がどうしても薄膜材料を用いた場合の方が劣っ
てしまうという問題があった。
【０００９】本発明は上記従来の問題点に鑑み、薄膜熱
電材料を用いても効率低下を起こさずに利用できる薄膜
熱電素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
電材料を用いても効率低下を起こさずに利用できる薄膜
熱電素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願の第１発明の薄膜熱
電素子は、互いに間隔を設けて分割された複数の板状又
は薄膜状の絶縁性基板と、絶縁性基板の表面に絶縁性基
板間の間隔を橋渡しして連続して設けた薄膜熱電材料
と、薄膜熱電材料の両端部にそれぞれ接合した金属部と
から成ることを特徴とする。
電素子は、互いに間隔を設けて分割された複数の板状又
は薄膜状の絶縁性基板と、絶縁性基板の表面に絶縁性基
板間の間隔を橋渡しして連続して設けた薄膜熱電材料
と、薄膜熱電材料の両端部にそれぞれ接合した金属部と
から成ることを特徴とする。
【００１１】本願の第２発明の薄膜熱電素子の製造方法
は、絶縁性基板の表面に、薄膜熱電材料の付着と金属部
の形成を行い、薄膜熱電材料は保存した状態で絶縁性基
板の一部を除去して絶縁性基板を間隔を設けて分割する
ことを特徴とする。
は、絶縁性基板の表面に、薄膜熱電材料の付着と金属部
の形成を行い、薄膜熱電材料は保存した状態で絶縁性基
板の一部を除去して絶縁性基板を間隔を設けて分割する
ことを特徴とする。
【００１２】好適には、絶縁性基板の除去部が可溶性有
機物により構成されている。
機物により構成されている。
【００１３】
【作用】本発明の薄膜熱電素子によれば、薄膜熱電材料
を付着する絶縁性基板が互いに間隔を設けて複数に分割
されているため、この絶縁性基板内部を高温側から低温
側へと熱が伝わるのを防止でき、素子効率の低下を防止
することができる。
を付着する絶縁性基板が互いに間隔を設けて複数に分割
されているため、この絶縁性基板内部を高温側から低温
側へと熱が伝わるのを防止でき、素子効率の低下を防止
することができる。
【００１４】又、絶縁性基板に薄膜熱電材料を付着した
後この絶縁性基板の一部を除去することにより、特にそ
の除去部を可溶性有機物にて構成して容易に除去するこ
とにより、薄膜熱電材料にて橋渡しされた絶縁性基板の
分割部を容易に製造することができる。
後この絶縁性基板の一部を除去することにより、特にそ
の除去部を可溶性有機物にて構成して容易に除去するこ
とにより、薄膜熱電材料にて橋渡しされた絶縁性基板の
分割部を容易に製造することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例の薄膜熱電素子につ
いて図１、図２を参照しながら説明する。
いて図１、図２を参照しながら説明する。
【００１６】図１において、１は薄膜熱電素子である。
２、３は互いに接触せずに分離された絶縁性基板であ
り、その表面に薄膜熱電材料４が付着されている。この
薄膜熱電材料４は分離された絶縁性基板２、３間の間隔
を橋渡しして連続して設けられている。絶縁性基板２、
３の互いに離れた端部には金属電極５、６が設置され、
薄膜熱電材料４の両端部と接触している。
２、３は互いに接触せずに分離された絶縁性基板であ
り、その表面に薄膜熱電材料４が付着されている。この
薄膜熱電材料４は分離された絶縁性基板２、３間の間隔
を橋渡しして連続して設けられている。絶縁性基板２、
３の互いに離れた端部には金属電極５、６が設置され、
薄膜熱電材料４の両端部と接触している。
【００１７】このような構成において、金属電極５、６
間に電流を流すことにより、金属電極５、６と薄膜熱電
材料４が接触している界面でペルチェ効果により吸熱・
発熱が起こり、薄膜熱電材料４の両端に温度差が生じ
る。
間に電流を流すことにより、金属電極５、６と薄膜熱電
材料４が接触している界面でペルチェ効果により吸熱・
発熱が起こり、薄膜熱電材料４の両端に温度差が生じ
る。
【００１８】この場合、絶縁性基板２、３が一体となっ
た基板では、基板内を通って高温側から低温側へと熱が
移動してしまい、熱ロスとなってしまうが、本実施例で
は絶縁性基板１、２が分離された構造となっているの
で、このようなロスは生じない。結果としてバルク材料
と比べて効率低下を起こすことはない。
た基板では、基板内を通って高温側から低温側へと熱が
移動してしまい、熱ロスとなってしまうが、本実施例で
は絶縁性基板１、２が分離された構造となっているの
で、このようなロスは生じない。結果としてバルク材料
と比べて効率低下を起こすことはない。
【００１９】さらに、このような薄膜熱電素子１はコン
パクトであり、マイクロエレクトロニクス技術との複合
により広い汎用性が期待される。
パクトであり、マイクロエレクトロニクス技術との複合
により広い汎用性が期待される。
【００２０】次に、上記薄膜熱電素子１の製造方法につ
いて、図２を参照しながら説明する。まず、絶縁性基板
２、３を間隔を設けて配置してそれら間に介装した可溶
性有機材料７にて一体化し、基板８を構成する。続い
て、この基板８の両端に金属電極５、６を設置する。次
に、これら絶縁性基板２、３及び可溶性有機材料７の表
面に薄膜熱電材料４を金属電極５、６に接触させるよう
に付着する。最後に、基板８の可溶性有機材料７を有機
溶媒（図示せず）により溶解して除去する。
いて、図２を参照しながら説明する。まず、絶縁性基板
２、３を間隔を設けて配置してそれら間に介装した可溶
性有機材料７にて一体化し、基板８を構成する。続い
て、この基板８の両端に金属電極５、６を設置する。次
に、これら絶縁性基板２、３及び可溶性有機材料７の表
面に薄膜熱電材料４を金属電極５、６に接触させるよう
に付着する。最後に、基板８の可溶性有機材料７を有機
溶媒（図示せず）により溶解して除去する。
【００２１】この場合、可溶性有機材料７及び有機溶媒
（図示せず）は、薄膜熱電材料４の性質に影響を及ぼさ
ないものにする必要がある。また、薄膜熱電素子１の強
度の面から薄膜熱電材料４の膜厚をある程度確保するた
めには、薄膜熱電材料４を印刷、コーティング等で数１
０μｍの厚さに形成する方法がある。
（図示せず）は、薄膜熱電材料４の性質に影響を及ぼさ
ないものにする必要がある。また、薄膜熱電素子１の強
度の面から薄膜熱電材料４の膜厚をある程度確保するた
めには、薄膜熱電材料４を印刷、コーティング等で数１
０μｍの厚さに形成する方法がある。
【００２２】上記のような製造方法を用いることによ
り、互いに間隔を設けて分割された複数の絶縁性基板
２、３の表面及び絶縁性基板２、３間の間隔を橋渡しし
て連続して設けられた薄膜熱電材料４を有する薄膜熱電
素子１を製造することが可能となる。
り、互いに間隔を設けて分割された複数の絶縁性基板
２、３の表面及び絶縁性基板２、３間の間隔を橋渡しし
て連続して設けられた薄膜熱電材料４を有する薄膜熱電
素子１を製造することが可能となる。
【００２３】なお、薄膜熱電材料４を絶縁性基板の表面
に付着させた後、分割部に設けた可燃性材料を熱処理に
て完全燃焼させて除去したり、一体の絶縁性基板の一部
を機械的加工にて除去する等の方法によって絶縁性基板
を間隔を設けて分割してもよい。それらの方法を用いた
場合でも、薄膜熱電材料４の性質に影響を及ぼさないよ
うに留意する必要がある。
に付着させた後、分割部に設けた可燃性材料を熱処理に
て完全燃焼させて除去したり、一体の絶縁性基板の一部
を機械的加工にて除去する等の方法によって絶縁性基板
を間隔を設けて分割してもよい。それらの方法を用いた
場合でも、薄膜熱電材料４の性質に影響を及ぼさないよ
うに留意する必要がある。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように薄膜熱電
材料を付着した絶縁性基板が互いに間隔を設けて複数に
分割されているため、この絶縁性基板内部を高温側から
低温側へと熱が伝わるのを防止でき、素子効率の低下を
起こすことなく、コンパクトで応用性の広い薄膜熱電素
子を得ることができる。
材料を付着した絶縁性基板が互いに間隔を設けて複数に
分割されているため、この絶縁性基板内部を高温側から
低温側へと熱が伝わるのを防止でき、素子効率の低下を
起こすことなく、コンパクトで応用性の広い薄膜熱電素
子を得ることができる。
【００２５】また、絶縁性基板に薄膜熱電材料を付着し
た後この絶縁性基板の一部を除去することにより、特に
その除去部を可溶性有機物にて構成して容易に除去する
ことにより、薄膜熱電材料にて橋渡しされた絶縁性基板
の分割部を容易に形成して、安価に薄膜熱電素子を製造
することができる。
た後この絶縁性基板の一部を除去することにより、特に
その除去部を可溶性有機物にて構成して容易に除去する
ことにより、薄膜熱電材料にて橋渡しされた絶縁性基板
の分割部を容易に形成して、安価に薄膜熱電素子を製造
することができる。
【図１】本発明の一実施例における薄膜熱電素子を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】同実施例の薄膜熱電素子の製造工程の説明図で
ある。
ある。
【図３】従来例の薄膜熱電素子を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は正面図である。
図、（ｂ）は正面図である。
１ 薄膜熱電素子 ２ 絶縁性基板 ３ 絶縁性基板 ４ 薄膜熱電材料 ５ 金属電極 ６ 金属電極 ７ 可溶性有機材料
Claims (3)
- 【請求項１】 互いに間隔を設けて分割された複数の板
状又は薄膜状の絶縁性基板と、絶縁性基板の表面に絶縁
性基板間の間隔を橋渡しして連続して設けた薄膜熱電材
料と、薄膜熱電材料の両端部にそれぞれ接合した金属部
とから成ることを特徴とする薄膜熱電素子。 - 【請求項２】 絶縁性基板の表面に、薄膜熱電材料の付
着と金属部の形成を行い、薄膜熱電材料を保存した状態
で絶縁性基板の一部を除去して絶縁性基板を間隔を設け
て分割することを特徴とする薄膜熱電素子の製造方法。 - 【請求項３】 絶縁性基板の除去部が可溶性有機物によ
り構成されていることを特徴とする請求項２記載の薄膜
熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4337452A JPH06188464A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 薄膜熱電素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4337452A JPH06188464A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 薄膜熱電素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188464A true JPH06188464A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18308773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4337452A Pending JPH06188464A (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 薄膜熱電素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188464A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6043423A (en) * | 1997-04-28 | 2000-03-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thermoelectric device and thermoelectric module |
| WO2009084172A1 (ja) | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Daikin Industries, Ltd. | 熱電素子 |
| US8519505B2 (en) | 2008-10-20 | 2013-08-27 | 3M Innovative Properties Company | Electrically conductive polymer composite and thermoelectric device using electrically conductive polymer material |
| JP2015511404A (ja) * | 2012-02-24 | 2015-04-16 | オー−フレックス・テクノロジーズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 熱電気素子 |
| DE102017115168A1 (de) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | Mahle International Gmbh | Thermoelektrisches Modul |
-
1992
- 1992-12-17 JP JP4337452A patent/JPH06188464A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6043423A (en) * | 1997-04-28 | 2000-03-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thermoelectric device and thermoelectric module |
| WO2009084172A1 (ja) | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Daikin Industries, Ltd. | 熱電素子 |
| US8536439B2 (en) | 2007-12-27 | 2013-09-17 | Daikin Industries, Ltd. | Thermoelectric device |
| US8519505B2 (en) | 2008-10-20 | 2013-08-27 | 3M Innovative Properties Company | Electrically conductive polymer composite and thermoelectric device using electrically conductive polymer material |
| US8669635B2 (en) | 2008-10-20 | 2014-03-11 | 3M Innovative Properties Company | Electrically conductive nanocomposite material and thermoelectric device comprising the material |
| JP2015511404A (ja) * | 2012-02-24 | 2015-04-16 | オー−フレックス・テクノロジーズ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 熱電気素子 |
| US9899588B2 (en) | 2012-02-24 | 2018-02-20 | O-Flexx Technologies Gmbh | Thermoelectric element |
| DE102017115168A1 (de) * | 2017-07-06 | 2019-01-10 | Mahle International Gmbh | Thermoelektrisches Modul |
| DE102017115168B4 (de) * | 2017-07-06 | 2019-02-14 | Mahle International Gmbh | Thermoelektrisches Modul |
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