JPH04318982A - 薄膜熱電素子 - Google Patents
薄膜熱電素子Info
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- JPH04318982A JPH04318982A JP3085409A JP8540991A JPH04318982A JP H04318982 A JPH04318982 A JP H04318982A JP 3085409 A JP3085409 A JP 3085409A JP 8540991 A JP8540991 A JP 8540991A JP H04318982 A JPH04318982 A JP H04318982A
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Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、赤外線センサ、温度
センサ、熱センサなどのセンサまたは熱電力変換器とし
て用いられる薄膜熱電素子に関する。
センサ、熱センサなどのセンサまたは熱電力変換器とし
て用いられる薄膜熱電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線センサ、温度センサ、熱センサな
どのセンサまたは熱電力変換器として用いられる熱電素
子は、熱電対を多数直列接続したサーモパイル型熱電素
子が用いられている。このように熱電対を多数直列接続
することによって、微少温度差を検出できる高感度な赤
外線、温度または熱などを検出するセンサとして、また
は高効率の熱電力変換素子として利用することができる
。特に、センサ用途には小型化、高感度化、高応答速度
化のために主に薄膜型の熱電素子が用いられる。
どのセンサまたは熱電力変換器として用いられる熱電素
子は、熱電対を多数直列接続したサーモパイル型熱電素
子が用いられている。このように熱電対を多数直列接続
することによって、微少温度差を検出できる高感度な赤
外線、温度または熱などを検出するセンサとして、また
は高効率の熱電力変換素子として利用することができる
。特に、センサ用途には小型化、高感度化、高応答速度
化のために主に薄膜型の熱電素子が用いられる。
【０００３】一方、センサとしてではなく、熱電力変換
を目的として珪化鉄を用いた薄膜熱電変換素子が特公平
２−８４６６号公報および特開昭６３−１０２３８２号
公報で開示されている。
を目的として珪化鉄を用いた薄膜熱電変換素子が特公平
２−８４６６号公報および特開昭６３−１０２３８２号
公報で開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】鉄珪化物薄膜による薄
膜熱電素子は、高感度で高温域まで使用できるという特
性を備えている。
膜熱電素子は、高感度で高温域まで使用できるという特
性を備えている。
【０００５】しかしながら、従来の鉄珪化物薄膜を用い
た薄膜熱電素子は、鉄珪化物からなるｐ型半導体薄膜パ
ターンと、ｎ型半導体薄膜パターンが基板上において多
数直列接続して構成されているが、その接合部にｐ−ｎ
接合が形成され、接合部の抵抗値が高くなる傾向があっ
た。
た薄膜熱電素子は、鉄珪化物からなるｐ型半導体薄膜パ
ターンと、ｎ型半導体薄膜パターンが基板上において多
数直列接続して構成されているが、その接合部にｐ−ｎ
接合が形成され、接合部の抵抗値が高くなる傾向があっ
た。
【０００６】鉄珪化物熱電材料の特性はＦｅ−Ｓｉの比
および不純物濃度で大きく変化する。金属間化合物であ
る鉄珪化物は有効な熱電特性を有する単相範囲としてＦ
ｅＳｉ１．９５〜ＦｅＳｉ２．０５が知られている。こ
の単層範囲の材料にＣｏなどのドナーまたはＭｎなどの
アクセプタをドープすれば良好な熱電特性を有する材料
が得られるが、これらの熱電材料を直接ｐ−ｎ接合した
場合、接合界面に抵抗層が形成され、薄膜熱電素子全体
の抵抗値が増大する。
および不純物濃度で大きく変化する。金属間化合物であ
る鉄珪化物は有効な熱電特性を有する単相範囲としてＦ
ｅＳｉ１．９５〜ＦｅＳｉ２．０５が知られている。こ
の単層範囲の材料にＣｏなどのドナーまたはＭｎなどの
アクセプタをドープすれば良好な熱電特性を有する材料
が得られるが、これらの熱電材料を直接ｐ−ｎ接合した
場合、接合界面に抵抗層が形成され、薄膜熱電素子全体
の抵抗値が増大する。
【０００７】ｐ−ｎ接合などによる高抵抗層の形成は、
センサ用途では感度の減少、ノイズの増加の原因となり
、熱電力変換素子用途では変換効率の減少を招くという
問題があった。
センサ用途では感度の減少、ノイズの増加の原因となり
、熱電力変換素子用途では変換効率の減少を招くという
問題があった。
【０００８】この発明の目的は、高抵抗層形成の原因と
なるｐ−ｎ接合の生じることのない低抵抗の薄膜熱電素
子を提供することにある。
なるｐ−ｎ接合の生じることのない低抵抗の薄膜熱電素
子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】ｐ−ｎ接合を回避する一
般的な方法は、ｐ−ｎ熱電対の接点間にオーミック接触
を得る電極を形成することである。これには金属電極が
考えられるが、Ｐｔなどの貴金属はｎ型半導体との間で
オーミック接触を得ることができず、かつ高価であり、
Ｎｉなどの卑金属はオーミック接触が得られるものの密
着性が低い。
般的な方法は、ｐ−ｎ熱電対の接点間にオーミック接触
を得る電極を形成することである。これには金属電極が
考えられるが、Ｐｔなどの貴金属はｎ型半導体との間で
オーミック接触を得ることができず、かつ高価であり、
Ｎｉなどの卑金属はオーミック接触が得られるものの密
着性が低い。
【００１０】発明者等は、鉄珪化物の鉄と珪素の単層範
囲から外れた組成比の薄膜をｐ型およびｎ型の鉄珪化物
薄膜間に製膜することによって、密着性が高く且つオー
ミック接触材料として利用できることを見出した。従来
、単層範囲から外れた鉄珪化物は低熱起電力、高導電率
の材料であった。これは、過剰のＦｅまたはＳｉが不純
物として作用し、一種の縮退半導体または半金属となる
からである。本願発明ではこの材料をｐ型およびｎ型の
鉄珪化物薄膜間を接続する電極材料として利用する訳で
ある。
囲から外れた組成比の薄膜をｐ型およびｎ型の鉄珪化物
薄膜間に製膜することによって、密着性が高く且つオー
ミック接触材料として利用できることを見出した。従来
、単層範囲から外れた鉄珪化物は低熱起電力、高導電率
の材料であった。これは、過剰のＦｅまたはＳｉが不純
物として作用し、一種の縮退半導体または半金属となる
からである。本願発明ではこの材料をｐ型およびｎ型の
鉄珪化物薄膜間を接続する電極材料として利用する訳で
ある。
【００１１】この発明の薄膜熱電素子は、基板上にそれ
ぞれ鉄珪化物を主体とするｐ型半導体薄膜パターンおよ
びｎ型半導体薄膜パターンを形成し、これら半導体薄膜
パターンの温冷接部をそれぞれ前記ｐ型およびｎ型の半
導体薄膜と異なる鉄珪素組成比を有する電極材料からな
る薄膜パターンで接続したことを特徴とする。
ぞれ鉄珪化物を主体とするｐ型半導体薄膜パターンおよ
びｎ型半導体薄膜パターンを形成し、これら半導体薄膜
パターンの温冷接部をそれぞれ前記ｐ型およびｎ型の半
導体薄膜と異なる鉄珪素組成比を有する電極材料からな
る薄膜パターンで接続したことを特徴とする。
【００１２】
【作用】この発明の薄膜熱電素子では、それぞれ鉄珪化
物を主体とするｐ型半導体薄膜パターンおよびｎ型半導
体薄膜パターンが基板上に形成されていて、これら半導
体薄膜パターンの温冷接部がそれぞれ前記ｐ型およびｎ
型の半導体薄膜と異なる鉄珪素組成比を有する電極材料
の薄膜パターンで接続されている。この電極材料は前述
したように密着性が高く鉄珪化物を主体とするｐ型半導
体薄膜パターンおよびｎ型半導体薄膜パターンに対しオ
ーミック接触する。そのため、接合界面に高抵抗層が形
成されることなく、低抵抗の薄膜熱電素子が得られる。
物を主体とするｐ型半導体薄膜パターンおよびｎ型半導
体薄膜パターンが基板上に形成されていて、これら半導
体薄膜パターンの温冷接部がそれぞれ前記ｐ型およびｎ
型の半導体薄膜と異なる鉄珪素組成比を有する電極材料
の薄膜パターンで接続されている。この電極材料は前述
したように密着性が高く鉄珪化物を主体とするｐ型半導
体薄膜パターンおよびｎ型半導体薄膜パターンに対しオ
ーミック接触する。そのため、接合界面に高抵抗層が形
成されることなく、低抵抗の薄膜熱電素子が得られる。
【００１３】
【実施例】先ず、鉄珪化物を主体とする半導体薄膜パタ
ーン形成用のターゲットの製造方法について述べる。
ーン形成用のターゲットの製造方法について述べる。
【００１４】先ず、純度９９．９９％以上のＦｅの粉末
と純度９９．９９％以上のＳｉの粉末をモル比で１：２
になるように混合し、円板状に予備プレスした後、Ａｒ
中で２０００ｋｇ／ｃｍ２ 、１０００℃でＨＩＰ（熱
間静水圧プレス）を行う。これにより、図１および図３
に示す珪化鉄プレート１を得る。
と純度９９．９９％以上のＳｉの粉末をモル比で１：２
になるように混合し、円板状に予備プレスした後、Ａｒ
中で２０００ｋｇ／ｃｍ２ 、１０００℃でＨＩＰ（熱
間静水圧プレス）を行う。これにより、図１および図３
に示す珪化鉄プレート１を得る。
【００１５】一方、ｐ型用不純物として純度９９．９９
％以上のＣｒの粉末と純度９９．９９％以上のＳｉの粉
末をモル比で１：２になるように混合し、それぞれ角板
状に予備プレスした後、Ａｒ中で２０００ｋｇ／ｃｍ２
、１０００℃でＨＩＰを行い、またｎ型用不純物とし
て純度９９．９９％以上のＣｏの粉末と純度９９．９９
％以上のＳｉの粉末をモル比で１：２になるように混合
し、それぞれ角板状に予備プレスした後、Ａｒ中で２０
００ｋｇ／ｃｍ２、１０００℃でＨＩＰを行う。
％以上のＣｒの粉末と純度９９．９９％以上のＳｉの粉
末をモル比で１：２になるように混合し、それぞれ角板
状に予備プレスした後、Ａｒ中で２０００ｋｇ／ｃｍ２
、１０００℃でＨＩＰを行い、またｎ型用不純物とし
て純度９９．９９％以上のＣｏの粉末と純度９９．９９
％以上のＳｉの粉末をモル比で１：２になるように混合
し、それぞれ角板状に予備プレスした後、Ａｒ中で２０
００ｋｇ／ｃｍ２、１０００℃でＨＩＰを行う。
【００１６】これによりＣｒＳｉ２ 焼結体からなるｐ
型用不純物チップとＣｏＳｉ２ 焼結体からなるｎ型用
不純物チップを得る。
型用不純物チップとＣｏＳｉ２ 焼結体からなるｎ型用
不純物チップを得る。
【００１７】そして、図１に示すように珪化鉄プレート
１にｐ型用不純物チップ２をのせてｐ型用ターゲットを
作成し、図２に示すようにガラス基板３上にマスクを用
いてスパッタリングを行い、ｐ型用半導体薄膜パターン
４を形成する。図２において（Ａ）は実施例、（Ｂ）は
比較例である。このときのスパッタリング条件は次の通
りである。
１にｐ型用不純物チップ２をのせてｐ型用ターゲットを
作成し、図２に示すようにガラス基板３上にマスクを用
いてスパッタリングを行い、ｐ型用半導体薄膜パターン
４を形成する。図２において（Ａ）は実施例、（Ｂ）は
比較例である。このときのスパッタリング条件は次の通
りである。
【００１８】基板温度：３００℃
高周波出力：５００Ｗ〜１．５ｋＷ
レート：１〜１０μｍ／ｈｒ
次に、図３に示すように珪化鉄プレート１に前記ｎ型用
不純物チップ５をのせてｎ型用ターゲットを作成し、図
４に示すようにガラス基板３上にマスクを用いてｎ型半
導体薄膜パターン６を形成する。このように実施例では
ｎ型半導体薄膜パターン６をｐ型半導体薄膜パターン４
には直接接続しない。比較例ではこれを直接接続して一
対の薄膜熱電素子を構成する。
不純物チップ５をのせてｎ型用ターゲットを作成し、図
４に示すようにガラス基板３上にマスクを用いてｎ型半
導体薄膜パターン６を形成する。このように実施例では
ｎ型半導体薄膜パターン６をｐ型半導体薄膜パターン４
には直接接続しない。比較例ではこれを直接接続して一
対の薄膜熱電素子を構成する。
【００１９】なお、このときのスパッタリング条件は上
記と同じである。
記と同じである。
【００２０】次に、組成比のずれた珪化鉄薄膜作成のた
めのターゲットとして、図５に示すように珪化鉄プレー
ト１に純度９９．９９％以上の金属ＦｅまたはＳｉから
なるチップ７をのせる。そして図６に示すように、マス
クを用いてガラス基板３上に電極８を形成する。このと
きのスパッタリング条件も前記と同じである。
めのターゲットとして、図５に示すように珪化鉄プレー
ト１に純度９９．９９％以上の金属ＦｅまたはＳｉから
なるチップ７をのせる。そして図６に示すように、マス
クを用いてガラス基板３上に電極８を形成する。このと
きのスパッタリング条件も前記と同じである。
【００２１】その後、図６に示した実施例の素子と図４
（Ｂ）に示した比較例の素子を真空中または、Ａｒ中に
於いて６００〜８００℃で熱処理を行い、膜を安定化さ
せる。
（Ｂ）に示した比較例の素子を真空中または、Ａｒ中に
於いて６００〜８００℃で熱処理を行い、膜を安定化さ
せる。
【００２２】図４（Ｂ）に示した比較例としての薄膜熱
電素子と図６に示した実施例としての薄膜熱電素子につ
いて、それぞれゼーベック係数、順方向の比抵抗および
逆方向の比抵抗を測定したところ表１の結果を得た。
電素子と図６に示した実施例としての薄膜熱電素子につ
いて、それぞれゼーベック係数、順方向の比抵抗および
逆方向の比抵抗を測定したところ表１の結果を得た。
【００２３】
【表１】
【００２４】このように実施例によれば、比抵抗は順方
向、逆方向ともに低く、接合部のオーミック接触が抵抗
値の減少に大きく寄与していることがわかる。
向、逆方向ともに低く、接合部のオーミック接触が抵抗
値の減少に大きく寄与していることがわかる。
【００２５】
【発明の効果】この発明によれば、ｐ型半導体薄膜パタ
ーンとｎ型半導体薄膜パターン間の接合部の抵抗値が低
減するため、素子抵抗が減少し、センサ用途では感度の
上昇、ノイズの減少によりＳ／Ｎ比が向上し、また熱電
力変換素子用途では変換効率が向上する。
ーンとｎ型半導体薄膜パターン間の接合部の抵抗値が低
減するため、素子抵抗が減少し、センサ用途では感度の
上昇、ノイズの減少によりＳ／Ｎ比が向上し、また熱電
力変換素子用途では変換効率が向上する。
【図１】ｐ型半導体薄膜形成用ターゲットの平面図であ
る。
る。
【図２】基板に対するｐ型半導体薄膜パターンの形成例
を示す図である。
を示す図である。
【図３】ｎ型半導体薄膜形成用ターゲットの平面図であ
る。
る。
【図４】基板に対するｎ型半導体薄膜パターンの形成例
を示す図である。
を示す図である。
【図５】電極形成用ターゲットの平面図である。
【図６】基板に対する電極の形成例を示す図である。
１−珪化鉄プレート
２−ｐ型用不純物チップ
３−基板
４−ｐ型半導体薄膜パターン
５−ｎ型用不純物チップ
６−ｎ型半導体薄膜パターン
７−金属ＦｅまたはＳｉからなるチップ８−電極材料か
らなる薄膜パターン
らなる薄膜パターン
Claims (1)
- 【請求項１】基板上にそれぞれ鉄珪化物を主体とするｐ
型半導体薄膜パターンおよびｎ型半導体薄膜パターンを
形成し、これら半導体薄膜パターンの温冷接部をそれぞ
れ前記ｐ型およびｎ型の半導体薄膜と異なる鉄珪素組成
比を有する電極材料からなる薄膜パターンで接続したこ
とを特徴とする薄膜熱電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085409A JPH04318982A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 薄膜熱電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3085409A JPH04318982A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 薄膜熱電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04318982A true JPH04318982A (ja) | 1992-11-10 |
Family
ID=13858005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3085409A Pending JPH04318982A (ja) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | 薄膜熱電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04318982A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016856A1 (fr) * | 1995-10-31 | 1997-05-09 | Technova Inc. | Thermocouple a film epais |
-
1991
- 1991-04-17 JP JP3085409A patent/JPH04318982A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997016856A1 (fr) * | 1995-10-31 | 1997-05-09 | Technova Inc. | Thermocouple a film epais |
| US5864087A (en) * | 1995-10-31 | 1999-01-26 | Technova Inc. | Thermoelectric device |
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