JPH04206884A - 熱電装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明（よ　薄膜状の熱電素子と薄膜状の磁石を使用し
　エツチングハウゼン素子を利用することにより、電気
的に冷房もしくは暖房を行なう空調装置　冷蔵庫等に用
いる熱電装置に関する。

従来の技術 磁場をかけて電気を熱に変換し　もしくはその逆の変換
を行うエツチングハウゼン素子ζよ　従来は例えば特開
昭６３−２５７２８２号公報に示されている。

第６図は　エツチングハウゼン素子１がＮ極とＳ極を向
かい合って設置した磁石２に挟まれており、これが絶縁
台３上に設置されたものである。

エッチングスハウゼン効果とは　エッチングスハウゼン
素子１に電流ＩｘをＸ方向に流し　その方向と垂直なＹ
方向に磁束密度ＢＹの磁場がかかっている場合、Ｘ方向
に温度勾配が生じるものである。

また　このようなエッチングスハウゼン素子の製造方法
は以下のように行われている。

ま咀　エッチングスハウゼン素子材料としてＢｉ元素や
Ｂ１−８ｂ合金等を用いて、溶融　焼成等の手段を用い
て所定の形状に成形する。

こうして得られたエッチングスハウゼン素子１と磁石２
を絶縁台３上に設置する。

このようにして製造したエッチングスハウゼン素子に電
流を流すことによりＺ軸方向の上下面で冷却および発熱
を行うことができる。

そして冷却能力の拡大（よ　素子数を増加させることに
より行われ　冷却部と発熱部の温度差の拡大（よ　それ
らを多段に積層することによって行われる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来構成の場へ　下記の様な
課題を有している。

（ａ）Ｊｚ記従来例に示ずバルク物質の形状をしたエッ
チングスハウゼン素子では　平面状に冷却することが難
しい。

また、素子の並列接続や積層を行う場合番へ（ｂ）電流
値に対して電圧値を大きくとるために（よ　素子を直列
に電気的に接続することが必要である方丈　それぞれの
素子の電流方向を磁場に対して一定にしながら直列に電
気的連結を行うことが困難である。

（ｃ）デバイスが大型化してしまう。

（ｄ）熱的に良好な接触が得られにくく効率が悪くなる
。

また、従来の製造方法においては （ｅ）製造工程が連続的ではなく、素子や個々の部品を
それぞれ作製して絹み立てるので、大量に製造する場合
、時間と手間がかかり、製造コストを下げることができ
ない。

（ｆ）半導体材料にとって性能を高くするために磁場方
向に対する半導体結晶の結晶軸方向をそろえる場合は　
簡便で時間のかからない製造方法をとることが困難であ
る。

本発明は上記の課題を解決するもので、小へ高効率で、
平面を通じて冷却を行うことができる新規な熱電装置及
びその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明の熱電装置（友　上記課題を解決するために　電
気絶縁性基板表面に交互に帯状に形成されたエッチング
スハウゼン素子薄膜および磁化された磁性薄膜と、前記
エッチングスハウゼン素子薄膜中を前記磁性薄膜により
発生した磁場方向に垂直な方向でそれぞれ同じ向きに電
流が流れるように薄膜電極を配してなるものである。

また本発明の熱電装置の製造方法（よ　電気絶縁性基板
に磁性薄膜を所定間隔で絶縁して縞状に形成する工程と
、磁場中で前記磁性薄膜を磁化させる工程と、エッチン
グスハウゼン薄膜を前記磁性薄膜の間に所定間隔で絶縁
して縞状に形成する工程と、薄膜電極を前記エッヂング
スハウゼン薄膜を電気的に直列となるようにマスク蒸着
する電極形成工程よりなるものである。

作用 上記手段における作用は次の通りである。

すなわち、上記構成の熱電装置では　電気絶縁性基板上
に設けられたエッチングスハウゼン素子薄膜と薄膜磁石
を用いた構成であるた数　デバイスを小型にすることが
出来る。

また　エッチングスハウゼン素子薄膜を直列に接続する
ことにより電流値に対して電圧値を大きく取ることがで
きる。

更に磁場の向きに対してどのエッヂングスハウゼン素子
薄膜も、電流を同じ向きに流すことかできるので、それ
ぞれの表裏には同じ様に高温部と低温部ができる。この
温度差を用いて平面状に冷却を行なうことができる。

まり」二記の熱電装置の製造方法によれよ　真空製膜プ
ロセスを用いて連続的で大量に製造を行うことができる
。

実施例 以下に本発明の一実施例について第１図〜第５図を参照
しながら説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の熱電装置の実施例の斜視図である。

電気絶縁性基板４の表面に（よ　帯状の磁化されたＦｅ
薄膜５と帯状のＢｊ−ｅａｓｔ）＋２薄膜６が交互に縞
状に付着されている。

さらに　Ａｌ薄膜７、８、９カ＜、　　Ｆｅ薄膜５と接
触ぜ咀　Ｂｉ８＊Ｓｂ＋　２薄膜６を電気的に直列接続
するようＩＱ　　Ｂ１８ｅＳｂ＋＋２薄膜６の端部にそ
れぞれ付着されている。

このような構成において、それぞれ端子位置にあるＡｌ
薄膜８とＡ１薄膜９の間に直流電流を流すことにより、
Ｂ１８ｅｓｂ＋　２薄膜６のそれぞれの表裏に温度差を
つけることができる。

この場合、Ｆｅ薄膜５による磁場の向きに刻してどのＢ
ｉｅｅＳｂ＋２薄膜６も、電流が同じ向きに流れている
ので、それぞれの表裏には同じ様に高温部と低温部がで
きる。この温度差を用いて電気的に冷却を行なうことが
可能となる。

本実施例では　絶縁性基板に半導体薄膜を直接的に付着
させているので、良好な熱的接触が得られる。

また　本実施例の熱電装置（よ　後述する真空製膜プロ
セスを用いて連続的で大量に製造を行うことができる。

この場合、製膜条件を制御ＬＡＢｉｓｅＳｂ＋２におけ
る菱面体型結晶格子のバイセクトリクス（ｂｉｓｅｃｔ
ｒｉｘ）軸を磁場の向きと平行になるように結晶成長面
を優先的に配向さぜることて　磁気ゼーベック係数を高
くし　高効率の出力が得られる。

これは結晶軸の方向の揃った結晶製の基板状に真空蒸着
により薄膜を形成さぜることによって達成でき、その際
　基板温度を高めると一層効果的である。

また、構造上　簡便に平面形状物質を冷却することが可
能となる。

更に薄膜を直列に接続することにより電流値に対して電
圧値を大きく取ネことができる。

（実施例２） 第２図（友　本発明による熱電装置の他の実施例の斜視
図である。

第２図で（よ　第１図で示したＢｉｅｓＳｔ）＋２薄膜
６とＡ１薄膜７．８、９をイ」着した電気絶縁性基板４
が一枚の熱電素子部１０を構成して、その熱電素子部ｌ
Ｏが熱的接触を確保しながら複数枚積層されており、保
持板１１により挟まれて固定されている。

本実施例では　積層されたそれぞれの熱電素子部１０に
電流を流ずことにより熱電装置１２の表裏に生じる温度
差（よ　それぞれの層の熱電素子部１０の表裏に生じる
温度差の総和となる。

従って、本実施例でζよ　上記の実施例１の場合に加え
て、　熱電素子部１０を積層することによりそれぞれの
温度差の効果が増幅されて、熱電装置１２全体として表
面と裏面の間に大きな温度差を０一 つけることができる。

更に　本実施例（よ　電気絶縁性基板」二に何着された
Ｂ１５ｓＳｂ＋２薄膜（エッチングスハウゼン素子薄膜
）６とＦｅ薄膜５を用いた構成であるため、積層した場
合でもデバイスを小型にすることができ、また温度勾配
と対応させながらそれぞれの層に流す電流値を変えてよ
り温度差を大きくとることもできる。

また　本実施例装置は　真空製膜プロセスを用いて連続
的で大量に製造を行うことができる。

な扛　エッチングスハウゼン効果は使用した材料の作動
温度にもよるから温度の勾配に沿って使用する半導体の
種類をその温度に適するように変えて積層することによ
り、より温度差の効果を大きくとるこ七ができる。

例えば高温で作動させるのに適した材料としてはＢ１２
（Ｓｅ、　Ｔｅ）３、低温には前述のＢｉｅａＳｂ＋２
が好ましい。

（実施例３） 第３図は本発明による冷却器用熱電装置の他の実施例の
斜視図である。

本実施例（よ　第２図で示した熱電装置１２の下部に放
熱手段としての放熱フィン１３を設置したものである。

（実施例４） 第４図は　本発明の熱電装置の更に他の実施例の斜視図
であり、水冷もしくは空冷の冷却路１４を設けた放熱器
１５を設置している。

このように第３図および第４図に示す実施例の構成とす
ることにより、発熱部における放熱をより効率よく行う
ことが可能となり、冷却効果をより高めることが可能と
なる。

（実施例５） 第５図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）（よ　本
発明の熱電装置の製造方法の一実施例を示す工程図であ
る。

まず第５図（ａ）に示すように　電気絶縁性基板４の表
面にマスク蒸着もしくはエツチング等によりＦｅ薄膜５
を帯状に所定の間隔を確保しながら形成する。

続いて第５図（ｂ）に示すようム　磁石１６による強磁
場中でＦｅ薄膜５を電気絶縁性基板４の表面と平行に磁
化する。

次に第５図（Ｃ）に示すよう番へ　電気絶縁性基板４の
表面にマスク蒸着もしくはエツチング等によりＢ１５ｅ
Ｓｂ−＋２薄膜６を、磁化されたＦｅ薄膜５の間に絶縁
して帯状に所定の間隔を確保しながら形成する。

この場合、Ｆｅ薄膜５とＢｉａａＳｂ＋２薄膜６の膜厚
はほぼ同程度にする。

最後に第５図（ｄ）に示ずように　Ａ１薄膜７．８、９
を、Ｆｅ薄膜５と接触ぜ哄ＢｉａａＳｂ＋２薄膜６を電
気的に直列接続するようＥ、　　マスク蒸着もしくはエ
ツチング等により形成する。

このように本実施例の製造方法で（よ　エッチングスハ
ウゼン素子薄膜を電気絶縁性基板の表面に直接的に形成
する製造方法としている。

したがって従来の製造方法と比較して基板選択の自由度
が広く、　しかも準備が簡便でまた熱電装置完成までの
工程も少なく、使用する金属の量も非常にわずかで済ま
すことが可能となる。

また　半導体薄膜の結晶成長面を制御することが出来る
。

この結果　熱電装置の生産性が大きく向上しコストの低
減を図ることが可能となる。

な抵　エッチングスハウゼン素子薄膜として（より１ｓ
ａＳｂ＋２やＢ１２（Ｓｅ、　Ｔｅ）３に限定されるこ
とはなく、他の金属または半導に、　　例えばＨｇＴξ
　ＨｇＳ、　　ヒ化カドミウム轍　エッチングスハウゼ
ン効果を示す材料が使用可能であることは言うまでもな
い。

また磁性薄膜としてはＦｅに限定されることな（Ｃｒ、
　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｎｉ等の３ｄ遷移金属やＮｊ、−Ｆ
ｅ、　Ｃｕ−Ｎｊ、　Ｐｄ−Ｎｉ等の合金等の磁化され
て磁石となり得る材料が使用可能であることも言うまで
もない。

発明の効果 以上のように本発明の熱電装置によれば　平面状に冷却
を行うことができる。そして、電気絶縁性基板にエッチ
ングスハウゼン素子薄膜を直接的に付着させるので、熱
的な接触が良好であり、更に真空製膜プロセスを用いて
結晶成長方向を制御することにより、簡便に磁場に対し
て最も熱電効果が高くなる結晶面を優先的に配向させる
ことが出来る事などから、小型で高効率の熱電装置が実
現できる。

また　本発明の熱電装置の製造方法で（友　真空製膜プ
ロセスを用いた製造方法を用いているので、生産性が高
くなり、用いる材料も非常に少なくて済むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図（友　それぞれ本発明の熱電装置の実施
例を示す斜視図　第５図は本発明の熱電装置の製造方法
の実施例における工程１乳　第６図は従来のエッチング
スハウゼン素子の斜視図である。 ４・・・電気絶縁性基板、　５・・・Ｆｅ薄嵐　６・・
・Ｂｉ８８Ｓｂ１２薄膜（エッヂングスハウゼン素子薄
膜）、　７．８、９・・・ＡＩ薄膜（薄膜電極）、　１
０・・・熱電素子能　１２・・・熱電装置　１３・・・
放熱フィン、　１５・・・放熱２票

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電気絶縁性基板表面に交互に帯状に形成されたエ
   ッチングスハウゼン素子薄膜および磁化された磁性薄膜
   と、前記エッチングスハウゼン素子薄膜中を前記磁性薄
   膜により発生した磁場方向に垂直な方向でそれぞれ同じ
   向きに電流が流れるように配置接続した薄膜電極とから
   なる熱電装置。（２）エッチングスハウゼン素子薄膜の
   製膜条件を制御して、基板面に対してある特定の結晶面
   を優先的に配向させた請求項１記載の熱電装置。（３）
   請求項１記載の熱電装置を、熱的接触を確保して複数個
   積層した熱電装置。 （４）請求項１記載の熱電装置を熱的接触を確保しかつ
   エッチングスハウゼン素子薄膜の材料を変えながら積層
   した熱電装置。 （５）電気絶縁性基板のエッチングスハウゼン素子薄膜
   が付着していない面に放熱手段を設置した請求項３記載
   の熱電装置。 （６）電気絶縁性基板に磁性薄膜を所定間隔で絶縁して
   縞状に形成する工程と、磁場中で前記磁性薄膜を磁化さ
   せる工程と、エッチングスハウゼン薄膜を前記磁性薄膜
   の間に所定間隔で絶縁して縞状に形成する工程と、薄膜
   電極を前記エッチングスハウゼン薄膜が電気的に直列と
   なるように形成する工程とからなる熱電装置の製造方法
   。