(57)【要約】【課題】半導体ナノワイヤを利用する熱熱電素子及び熱電素子モジュール並びにその熱電素子の形成方法を提供すること。【解決手段】熱電素子は、一つ以上の第１障壁領域を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、一つ以上の第２障壁領域を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤと、第１半導体ナノワイヤの一端に連結された第１電極と、第２半導体ナノワイヤの一端に連結された第２電極と、第１半導体ナノワイヤの他端及び第２半導体ナノワイヤ他端に連結された共通電極とを備えている。第１障壁領域の熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きく、第２障壁領域の熱伝導度は、第２半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第１障壁領域を含む第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、
少なくとも一つの第２障壁領域を含む第２導電型の第２半導体ナノワイヤと、
前記第１半導体ナノワイヤの一端に連結された第１電極と、
前記第２半導体ナノワイヤの一端に連結された第２電極と、
前記第１半導体ナノワイヤの他端及び前記第２半導体ナノワイヤの他端に連結された共通電極とを備え、
前記第１障壁領域の熱伝導度は、前記第１半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きく、前記第２障壁領域の熱伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きいことを特徴とする熱電素子。
【請求項２】
前記第１障壁領域の電気伝導度は、前記第１半導体ナノワイヤの電気伝導度以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第２障壁領域の電気伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの電気伝導度以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記第１障壁領域と前記第１半導体ナノワイヤは、オーミックコンタクトを形成し、前記第２障壁領域と前記第２半導体ナノワイヤは、オーミックコンタクトを形成することを特徴とする請求項２に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記第１導電型はＮ型であり、前記第２導電型はＰ型であることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記第１半導体ナノワイヤ及び前記第２半導体ナノワイヤは、Ｓｉ及びＧｅのうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
前記第１障壁領域又は前記第２障壁領域は、Ｓｉ‐金属化合物、Ｇｅ−金属化合物、及びＳｉ−Ｇｅ金属化合物のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項６に記載の熱電素子。
【請求項８】
前記第１導電型はＮ型であり、前記第２導電型はＰ型であり、前記第１障壁領域はエルビウムシリサイドであり、前記第２障壁領域は白金シリサイドであることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項９】
前記第１電極と前記第２電極と前記共通電極は、ドーピングされた半導体、金属、金属化合物のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１０】
前記共通電極は、第１共通電極及び第２共通電極を備え、
前記第１共通電極は、前記第１電極と同一の物質を有し、前記第２共通電極は、第２電極と同一の物質を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１１】
前記第１電極と前記第２電極と前記共通電極は、半導体/金属シリサイド、半導体/金属化合物及び半導体/金属のうちの少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１２】
前記第１半導体ナノワイヤと前記第１電極は、オーミックコンタクトを形成し、前記第２半導体ナノワイヤと前記第２電極は、オーミックコンタクトを形成することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１３】
前記第１半導体ナノワイヤと前記共通電極は、オーミックコンタクトを形成し、前記第２半導体ナノワイヤと前記共通電極は、オーミックコンタクトを形成することを特徴とする請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１４】
支持基板をさらに備え、
前記第１ナノワイヤ及び前記第２ナノワイヤは、前記支持基板の平面と平行に延長されていることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１５】
前記支持基板と前記第１，第２半導体ナノワイヤの間に介在された断熱層をさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載の熱電素子。
【請求項１６】
前記共通電極上に配置された光吸収体をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１７】
前記第１半導体ナノワイヤ及び前記第２半導体ナノワイヤの厚さ又は幅は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１８】
第１方向及び前記第１方向を横切る第２方向にマトリックス形態に配列された複数の熱電素子と、
前記熱電素子を直列連結させる第１群を形成する第１配線部と、
前記直列された第１群を並列連結させる第２配線部とを備え、
前記熱電素子の各々は、少なくとも一つの第１障壁領域を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、少なくとも一つの第２障壁領域を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤとを備えていることを特徴とする熱電素子モジュール。
【請求項１９】
支持基板を提供する段階と、
前記支持基板上に前記支持基板と平行した第１導電型の第１半導体ナノワイヤ及び第２導電型の第２半導体ナノワイヤを形成する段階と、
前記第１半導体ナノワイヤに少なくとも一つの第１障壁領域を形成する段階と、
前記第２半導体ナノワイヤに少なくとも一つの第２障壁領域を形成する段階と、
前記第１半導体ナノワイヤの一端に連結された第１電極と、前記第２半導体ナノワイヤの一端に連結された第２電極と、前記第１半導体ナノワイヤの他端及び前記第２半導体ナノワイヤ他端に連結された共通電極とを形成する段階とを有し、
前記第１障壁領域の熱伝導度は、前記第１半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きく、前記第２障壁領域の熱伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きいことを特徴とする熱電素子の形成方法。
【請求項２０】
前記支持基板上に、第１導電型の第１半導体ナノワイヤと第２導電型の第２半導体ナノワイヤとを形成する段階は、側壁スペーサ形成工程によって形成されることを特徴とする請求項１９に記載の熱電素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子及び熱電素子モジュール並びにその熱電素子の形成方法に関し、より詳細には、半導体ナノワイヤを利用する熱電素子及び熱電素子モジュール並びにその熱電素子の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電効果（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｔｒｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）は、１８２１年トーマス・ゼーベック（Ｔｈｏｍａｓ  Ｓｅｅｂｅｃｋ）によって発見されて、１９５０年代に入って半導体材料の発見と共に産業に広く適用されている。一般的に、熱電効果を発生する材料は、Ｂｉ2Ｔｅ3を使用している。Ｂｉ2Ｔｅ3のＺＴ（無次元熱電素子性能指数、ｆｉｇｎｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）の値は、１に近接する。しかし、Ｂｉ2Ｔｅ3を利用した熱電素子は、重金属を利用してリサイクルが非常に難しい。Ｂｉ2Ｔｅ3を利用した熱電素子は、新しい環境汚染の原因になりうる。Ｂｉ2Ｔｅ3を利用した熱電素子は、低い機械的強度を有し、小型化が難しく、湿気に非常に脆弱な特性を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０１０７０４号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７−０２６１７３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体ナノワイヤを利用する熱電素子及び熱電素子モジュール並びにその熱電素子の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の一実施形態による熱電素子は、一つの以上の第１障壁領域を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、一つの以上の第２障壁領域を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤと、前記第１半導体ナノワイヤの一端に連結された第１電極と、前記第２半導体ナノワイヤの一端に連結された第２電極と、前記第１半導体ナノワイヤの他端及び前記第２半導体ナノワイヤ他端に連結された共通電極とを備え、前記第１障壁領域の熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、前記第１半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きく、前記第２障壁領域の熱伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きい。
【０００６】
本発明の一実施形態において、前記第１障壁領域の電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、前記第１半導体ナノワイヤの電気伝導度以上である。
【０００７】
本発明の一実施形態において、前記第２障壁領域の電気伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの電気伝導度以上である。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記第１障壁領域と前記第１半導体ナノワイヤは、オーミックコンタクトを形成し、前記第２障壁領域と前記第２半導体ナノワイヤは、オーミックコンタクトを形成する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記第１導電型はＮ型であり、前記第２導電型はＰ型である。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記第１半導体ナノワイヤ、又は前記第２半導体ナノワイヤは、Ｓｉ及びＧｅのうちの少なくとも一つを有する。
【００１１】
本発明の一実施形態において、前記第１障壁領域又は前記第２障壁領域は、Ｓｉ−金属化合物、Ｇｅ−金属化合物、Ｓｉ−Ｇｅ金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第１導電型はＮ型であり、前記第２導電型はＰ型であり、前記第１障壁領域はエルビウムシリサイドＥｒＳｉｘであり、前記第２障壁領域は白金シリサイドである。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記第１電極と前記第２電極と前記共通電極は、ドーピングされた半導体と、金属と、金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。
【００１４】
本発明の一実施形態において、前記共通電極は、第１共通電極及び第２共通電極を備え、前記第１共通電極は、前記第１電極と同一の物質を有し、前記第２共通電極は、第２電極と同一の物質を有する。
【００１５】
本発明の一実施形態において、前記第１電極と前記第２電極と前記共通電極は、半導体/金属シリサイド、半導体/金属化合物、及び半導体/金属のうちの少なくとも一つを有する複層構造を備えている。
【００１６】
本発明の一実施形態において、前記第１半導体ナノワイヤと前記第１電極は、オーミックコンタクト（Ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成し、前記第２半導体ナノワイヤと前記第２電極は、オーミックコンタクト（Ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成する。
【００１７】
本発明の一実施形態において、前記第１半導体ナノワイヤと前記共通電極は、オーミックコンタクトを形成し、前記第２半導体ナノワイヤと前記共通電極は、オーミックコンタクトを形成する。
【００１８】
本発明の一実施形態において、支持基板をさらに備え、前記第１ナノワイヤ及び前記第２ナノワイヤは、前記支持基板の平面と平行に延長されている。
【００１９】
本発明の一実施形態において、前記支持基板と前記第１、第２半導体ナノワイヤの間に介在された断熱層をさらに含む。
【００２０】
本発明の一実施形態において、前記共通電極上に配置された光吸収体をさらに備えている。
【００２１】
本発明の一実施形態において、前記第１半導体ナノワイヤ及び前記第２半導体ナノワイヤの厚さ又は幅は、１００ｎｍ以下である。
【００２２】
本発明の一実施形態による熱電素子モジュールは、第１方向及び前記第１方向を横切る第２方向にマトリックス形態に配列された複数の熱電素子と、前記熱電素子の直列連結させる第１群を形成する第１配線部と、前記直列された第１群を並列連結させる第２配線部とを備え、前記熱電素子の各々は、一つ以上の第１障壁領域を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、一つ以上の第２障壁領域を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤとを備えている。
【００２３】
本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法は、支持基板を提供する段階と、前記支持基板上に前記支持基板と平行した第１導電型の第１半導体ナノワイヤ及び第２導電型の第２半導体ナノワイヤを形成する段階と、前記第１半導体ナノワイヤに少なくとも一つの第１障壁領域を形成する段階と、前記第２半導体ナノワイヤに少なくとも一つの第２障壁領域を形成する段階と、前記第１半導体ナノワイヤの一端に連結された第１電極、前記第２半導体ナノワイヤの一端に連結された第２電極、及び前記第１半導体ナノワイヤの他端及び前記第２半導体ナノワイヤ他端に連結された共通電極を形成する段階とを有し、前記第１障壁領域の熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、前記第１半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きく、前記第２障壁領域の熱伝導度は、前記第２半導体ナノワイヤの熱伝導度よりも大きい。
【００２４】
本発明の一実施形態において、前記支持基板上に、第１導電型の第１半導体ナノワイヤと第２導電型の第２半導体ナノワイヤを形成する段階は、側壁のスペーサ形成工程によって形成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一実施形態による熱電素子は、ＺＴ値を、１以上を有することができ、基板平面に積層式に形成される。これによって、従来の半導体工程技術及び平板表示素子の技術を利用することができて、前記熱電素子は安い価格と大量生産に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の熱電素子の一実施形態を説明するための斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図２Ｇ】本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の熱電素子の他の実施形態を説明するための斜視図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｄ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｅ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｆ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図４Ｇ】本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の熱電素子モジュールの一実施形態を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されずに異なる形態に具体化されうる。むしろ、ここで紹介される実施形態は、開示された内容が徹底で、完全になるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするために提供されることである。図面において、層及び領域の厚さは、明確性のために誇張されたことである。また、層が異なる層又は基板“上”にあると言及される場合に、それは異なる層又は基板上に直接形成されることができる、或いはこれの間に第３の層が介在されることができる。明細書全体に同一の参照番号に表示された部分は同一の構成要素を示している。
【００２８】
本発明の一実施形態による熱電素子は、シリコン基板上に半導体ナノワイヤを利用する。シリコンの熱伝導度は、概略１５０Ｗ/ｍ．Ｋ程度に非常に高い。前記シリコンを利用した熱電素子のＺＴの値は、概略０．０１程度の値を有する。従って、熱電素子への応用は難しいことに認識された。しかし、シリコンナノワイヤの場合、ＺＴ値は１以上を有する。
【００２９】
図１は、本発明の熱電素子の一実施形態を説明するための斜視図である。  
本発明の一実施形態による熱電素子は、少なくとも一つの第１障壁領域１１２を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤ１１０と、少なくとも一つの第２障壁領域１２２を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤ１２０と、第１半導体ナノワイヤ１１０の一端に連結された第１電極１３０と、第２半導体ナノワイヤ１２０の一端に連結された第２電極１４０と、第１半導体ナノワイヤ１１０の他端及び第２半導体ナノワイヤ１２０の他端に連結された共通電極１５０とを備えている。第１障壁領域１１２の熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、第１半導体ナノワイヤ１１０の熱伝導度よりも大きく、第２障壁領域１２２の熱伝導度は、第２半導体ナノワイヤ１２０の熱伝導度よりも大きい。
【００３０】
熱電素子は、支持基板１００を備えている。この支持基板１００は、半導体基板と、ＳＯI（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板と、ガラス基板と、セラミック基板と、プラスチック基板と、アクリル基板のうちの少なくとも一つを備えている。第１半導体ナノワイヤ１１０及び前記第２半導体ナノワイヤ１２０は、支持基板１００の平面と平行に延長されている。支持基板１００は、第１，第２半導体ナノワイヤ１１０，１２０間に介在された断熱層１０４を備えている。
【００３１】
ＳＯI基板の場合、支持基板１００は、半導体基板１０２/断熱層１０４/半導体層（図示せず）の構造を有する。半導体層の厚さは、５０ｎｍ以下である。半導体層の厚さの減少は、半導体層の熱伝導度を減少させる。半導体層は、シリコン層である。断熱層１０４は、例えば、シリコン酸化膜である。断熱層１０４は、２００ｎｍ以上である。断熱層１０４の厚さの増加は、この断熱層１０４上の構造物で発生された熱を下部の半導体基板１０２に伝達することを減少させる。半導体層は、単結晶構造、多結晶構造、非晶質構造のうちの少なくとも一つを備えている。断熱層１０４は、熱伝導度、及び/又は電気伝導度が低い物質である。半導体層又は前記半導体基板１０２に熱電素子を駆動する半導体素子がさらに形成される。
【００３２】
支持基板１００上に、少なくとも一つの第１障壁領域１１２を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤ１１０と、少なくとも一つの第２障壁領域１２２を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤ１２０とが配置されている。第１半導体ナノワイヤ１１０、及び/又は第２半導体ナノワイヤ１２０の直径又は幅は、１００ｎｍ以下である。望ましくは、第１，２半導体ナノワイヤ１１０，１２０の直径又は幅は、１０ｎｍ以下である。第１半導体ナノワイヤ１１０及び前記第２半導体ナノワイヤ１２０は、Ｓｉ及びＧｅのうちの少なくとも一つを有している。第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。第１導電型の不純物濃度及び前記第２導電型の不純物濃度は、１０17ｃｍ-3乃至１０19ｃｍ-3である。第１，第２半導体ナノワイヤ１１０，１２０の断面は、多角形、円形、楕円形、扇形のうちの少なくとも一つを有している。第１，２半導体ナノワイヤ１１０，１２０の長さは、５０ｎｍ以上である。
【００３３】
第１障壁領域１１２及び第２障壁領域１２２は、熱的障壁である。第１障壁領域１１２の熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ１１０の熱伝導度よりも小さく、第２障壁領域１２２の熱伝導度は、第２半導体ナノワイヤ１２０の熱伝導度よりも小さい。第１障壁領域１１２の電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、第１半導体ナノワイヤ１１０の電気伝導度以上である。また、第２障壁領域１２２の電気伝導度は、第２半導体ナノワイヤ１２０の電気伝導度以上である。第１障壁領域１１２と第１半導体ナノワイヤ１１０は、オーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成する。また、第２障壁領域１２２と第２半導体ナノワイヤ１２０は、オーミックコンタクトを形成する。第１障壁領域１１２又は前記第２障壁領域１２２は、Ｓｉ‐金属化合物、Ｇｅ‐金属化合物、Ｓｉ‐Ｇｅ金属化合物のうちの少なくとも一つを有している。第１障壁領域１１２は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらのシリサイド（Ｓｉｌｉｃｉｄｅ）のうちの少なくとも一つを有している。第２障壁領域１２２は、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有している。例えば、第１導電型はＮ型でり、第２導電型はＰ型である。この場合、第１障壁領域１１２は、エルビウムシリサイドＥｒＳｉｘであり、第２障壁領域１２２は、白金シリサイドＰｔＳｉｘである。エルビウム−シリサイドは、電子に対して非常に低いショットキー接合障壁高さを提供する。エルビウム−シリサイドは、電気的にオーミック特性を見せる。従って、エルビウム−シリサイドの電気伝導度は、第１半導体ナノワイヤ１１０とほとんど同一の値を有する。一方、エルビウム−シリサイドの熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ１１０に比べて大幅に減少させる。白金−シリサイドは、電子に対して非常に低いショットキー接合障壁高さを提供する。白金−シリサイドは、電気的にオーミック特性を見せる。従って、白金−シリサイドの電気伝導度は、第２半導体ナノワイヤ１２０とほとんど同一値を有する。一方、白金−シリサイドの熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ１２０に比べて大幅に減少させる。
【００３４】
本発明の変更された実施形態によると、第１障壁領域及び第２障壁領域は、複数個である。第１障壁領域の個数と第２障壁領域の個数は、互いに異なる。
【００３５】
第１電極１３０と第２電極１４０と共通電極１５０は、ドーピングされた半導体、金属、金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。第１電極１３０は、第１下部電極１３２及び第１上部電極１３４の複層構造を有する。第２電極１４０は、第２下部電極１４２及び第２上部電極１４４の複層構造を有する。第１上部電極１３４は、金属、金属化合物、金属シリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第１上部電極は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部電極１４４は、金属、金属化合物、金属シリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部電極１４４は、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第１下部電極１３２は、第１半導体ナノワイヤ１１０の物質を含んでいる。第２下部電極１４２は、第２半導体ナノワイヤ１２０の物質を含んでいる。第１下部電極１３２は、第１導電型の半導体である。第２下部電極１４２は、第２導電型の半導体である。
【００３６】
第１下部電極１３２と第１半導体ナノワイヤ１１０の接合は、オーミックコンタクトである。また、第２下部電極１４２と第２半導体ナノワイヤ１２０の接合は、オーミックコンタクトである。オーミックコンタクトは、第１，第２半導体ナノワイヤ１１０，１２０の温度差によって発生した電子又は孔のキャリアの移動を円滑にする。
【００３７】
共通電極１５０は、下部共通電極１５２及び上部共通電極１５４を備えている。また、下部共通電極１５２は、第１下部共通電極１５２ａ及び第２下部共通電極１５２ｂを備えている。上部共通電極１５４は、第１上部共通電極１５４ａ及び第２上部共通電極１５４ｂを備えている。
【００３８】
共通電極１５０は、ドーピングされた半導体、金属、金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。共通電極１５０は、半導体/金属シリサイド、半導体/金属化合物、及び半導体/金属のうちの少なくとも一つを有する複層構造を備えている。第１半導体ナノワイヤ１１０と共通電極１５０は、オーミックコンタクトを形成する。第２半導体ナノワイヤ１２０と共通電極１５０は、オーミックコンタクトを形成する。共通電極１５０の面積は、第１電極１３０及び第２電極１４０の面積より大きい。
【００３９】
例えば、第１下部共通電極１５２ａは、第１導電型の半導体であり、第１上部共通電極１５４ａは、金属シリサイドである。また、第２下部共通電極１５２ｂは、第２導電型の半導体であり、前記第２上部共通電極１５４ｂは、金属シリサイドである。第１上部共通電極は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部共通電極１５４ｂは、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。
【００４０】
共通電極１５０上に光吸収体１６０が配置される。この光吸収体１６０は、太陽光を吸収して熱エネルギに変換する手段である。光吸収体１６０は、チタニウム酸化膜ＴｉＯを有する。光吸収体１６０は、第１及び第２半導体ナノワイヤ１１０，１２０に温度差を印加する。
【００４１】
本発明の変形された実施形態によると、共通電極１５０は、熱源に直接又は間接に接触する。
【００４２】
本発明の変形された実施形態によると、第１電極１３０と第２電極１４０の間に介在された真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体構造体（図示せず）を有する。この真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）半導体構造体は、電気的に第１電極１３０と第２電極１４０を分離する。
【００４３】
図２Ａ乃至図２Ｅは、本発明の一実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。  
図２Ａを参照すると、支持基板１００は、ＳＯI基板である。支持基板１００は、半導体基板１０２/断熱層１０４/半導体層１０６の構造を有する。半導体層１０６の厚さは、５０ｎｍ以下である。半導体層１０６の厚さの減少は、半導体層１０６の熱伝導度又は熱伝逹を減少させる。半導体層１０６は、シリコン層である。断熱層１０４は、熱伝導度及び/又は電気伝導度が低い物質である。断熱層１０４は、例えば、シリコン酸化膜である。断熱層１０４は、２００ｎｍ以上である。断熱層１０４の厚さの増加は、この断熱層１０４上の構造物で発生された熱を下部の半導体基板１０２に伝達することを減少させる。半導体層１０６は、単結晶構造、多結晶構造、非晶質構造のうちの少なくとも一つを有する。
【００４４】
図２Ｂを参照すると、半導体層１０６をパターニングして、第１，第２予備半導体ナノワイヤ１１１，１２１、第１，２予備下部電極１３１，１４１、及び予備下部共通電極１５１を形成する。パターニングは、電子ビームリソグラフィ技術、サイドウォール（ｓｉｄｅ‐ｗａｌｌ）形成技術、通常の露光技術を利用して形成される。第１予備半導体ナノワイヤ１１１の一端は、第１予備下部電極１３１に連結され、第２予備半導体ナノワイヤ１２１の一端は、第２下部電極１４１に連結される。また、第１予備ナノワイヤ１１１の他端及び第２予備ナノワイヤ１２１の他端は、予備下部共通電極１５１に連結される。
【００４５】
図２Ｃを参照すると、支持基板１００上に不純物を注入する工程が進行される。不純物の注入は、イオンビームによるイオン注入工程、拡散工程によるイオン注入工程、及びプラズマを利用したイオン注入工程のうちの少なくとも一つを利用する。これに従って、第１予備半導体ナノワイヤ１１１は、第１導電型にドーピングされて第１半導体ナノワイヤ１１０を形成する。
【００４６】
第２予備半導体ナノワイヤ１２１は、第２導電型にドーピングされて第２半導体ナノワイヤ１２０を形成する。第１予備下部電極１３１は、第１予備半導体ナノワイヤ１１１と同時にドーピングされて第１下部電極１３２を形成する。第２予備下部電極１４１は、第２予備半導体ナノワイヤ１２１と同時にドーピングされて第２下部電極１４２を形成する。予備下部共通電極１５１の第１予備半導体ナノワイヤ１１１と接触する部分は、第１導電型にドーピングされて第１下部共通電極１５２ａを形成する。予備共通電極の第２予備半導体ナノワイヤ１２１と接触する部分は、第２導電型にドーピングされて第２下部共通電極１５２ｂを形成する。第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型でありうる。第１導電型の不純物濃度及び第２導電型の不純物濃度は、１０17ｃｍ-3乃至１０19ｃｍ-3である。
【００４７】
図２Ｄを参照すると、支持基板１００上に第１層間絶縁膜１６１を蒸着する。第１層間絶縁膜１６１をパターニングして、第１下部電極１３２と、第１下部共通電極１５２ａと、第１半導体ナノワイヤ１１０の一部を露出する。
【００４８】
図２Ｅを参照すると、露出された支持基板１００上に金属を蒸着しうる。この金属は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、及びマグネシウムＭｇのうちの少なくとも一つを有する。
【００４９】
金属の蒸着は、化学気相蒸着法、スパッタリング法、及び蒸発法のうちの少なくとも一つを有する。続いて、金属が蒸着された支持基板１００を熱処理して、金属シリサイドを形成する。金属シリサイドは、第１障壁領域（図示せず）、第１上部電極（図示せず）、第１上部共通電極（図示せず）を形成する。続いて、金属シリサイドが形成されない部分は、選択的に蝕刻して除去される。
【００５０】
図２Ｆを参照すると、支持基板１００上に第１層間絶縁膜１６１を除去される。続いて、支持基板１００上に第２層間絶縁膜１６２を形成する。第２層間絶縁膜１６２をパターニングして、第２下部電極１４２と、第２下部共通電極１５２ｂと、第２半導体ナノワイヤ１２０の一部を露出する。
【００５１】
本発明の変形された実施形態によると、第１層間絶縁膜１６１を除去しなくて、第１層間絶縁膜１６１をパターニングして第２下部電極１４２と、前記第２下部共通電極１５２ｂと、第２半導体ナノワイヤ１２０の一部を露出する。
【００５２】
図２Ｇを参照すると、露出された支持基板１００上に金属を蒸着する。この金属は、白金Ｐｔ、又はイッテルビウムＹｂである。金属の蒸着は、化学気相蒸着法、スパッタリング法、及び蒸発法のうちの少なくとも一つを有する。続いて、金属が蒸着された支持基板１００を熱処理して金属シリサイドを形成する。金属シリサイドは、第２障壁領域１２２と、第２上部電極１４４と、第２上部共通電極１５４ｂとを形成する。続いて、金属シリサイドが形成されない部分は、選択的に蝕刻して除去される。第２層間絶縁膜１６２は、選択的に除去される。
【００５３】
再び、図１を参照すると、支持基板１００上に光吸収膜（図示せず）を形成する。この光吸収膜をパターニングして光吸収体１６０を共通電極１５０上に形成する。光吸収膜は、チタニウム酸化膜を含んでいる。
【００５４】
本発明の変形された実施形態によると、図２Ｃで説明した第１下部電極１３２及び第２下部電極１４２、第１下部共通電極１５２ａ及び第２下部共通電極１５２ｂは、支持基板１００上に形成される。支持基板１００上に第１金属を蒸着して、パターニングする。続いて、支持基板１００を熱処理して金属シリサイドを形成する。第１金属を選択的に蝕刻して第１障壁領域と、第１上部電極と、第１上部共通電極を形成する。第１金属は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、及びマグネシウムＭｇのうちの少なくとも一つを有する。第２金属を支持基板上に蒸着してパターニングする。続いて、第２金属を熱処理して第２金属シリサイドを形成する。続いて、支持基板１００上の第２金属を選択的に蝕刻して、第２障壁領域と、第２上部電極と、第２上部共通電極とを形成する。第２金属は、白金Ｐｔ又はイッテルビウムＹｂである。
【００５５】
本発明の変形された実施形態によると、図２Ｃで説明した第１下部電極１３２及び第２下部電極１４２、第１下部共通電極１５２ａ及び第２下部共通電極１５２ｂは、支持基板１００上に形成される。支持基板１００上に逆傾斜（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｓｌｏｐｅ）を有するフォトレストパターンを形成し、第１金属を蒸着し、リフトオフ工程をしてパターニングする。続いて、支持基板１００を熱処理して第１金属シリサイドを形成する。第１金属シリサイドは、第１障壁領域と、第１上部電極と、第１上部共通電極とを提供する。第１金属は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、及びマグネシウムＭｇのうちの少なくとも一つを有する。
【００５６】
支持基板１００上に逆傾斜（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｓｌｏｐｅ）を有するフォトレストパターンを形成し、第２金属を蒸着し、リフトオフ工程をしてパターニングする。続いて、第２金属を熱処理して第２金属シリサイドを形成する。続いて、第２金属シリサイドは、第２障壁領域と、第２上部電極と、第２上部共通電極とを提供する。第２金属は、白金Ｐｔ又はイッテルビウムＹｂである。
【００５７】
図３は、本発明の熱電素子の他の実施形態を説明するための斜視図である。  
本発明の他の実施形態による熱電素子は、一つ以上の第１障壁領域２１２を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤ２１０と、一つ以上の第２障壁領域２２２を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤ２２０と、第１半導体ナノワイヤ２１０の一端に連結された第１電極２３０と、第２半導体ナノワイヤ２２０の一端に連結された第２電極２４０と、第１半導体ナノワイヤ２１０の他端及び第２半導体ナノワイ２２０の他端に連結された共通電極２５０とを備え、第１障壁領域２１２の熱伝導度（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、第１半導体ナノワイヤ２１０の熱伝導度よりも大きく、第２障壁領域２２２の熱伝導度は、第２半導体ナノワイヤ２２０の熱伝導度よりも大きい。
【００５８】
熱電素子は、支持基板２００を有する。この支持基板２００は、半導体基板、ＳＯI（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス基板、セラミック基板、プラスチック基板、アクリル基板のうちの少なくとも一つを有する。第１半導体ナノワイヤ２１０及び第２半導体ナノワイヤ２２０は、支持基板２００の平面と平行に延長されている。第１半導体ナノワイヤ２１０及び第２半導体ナノワイヤ２２０は、複数個である。支持基板２００は、第１，第２半導体ナノワイヤ２１０，２２０の間に介在された断熱層２０４を備えている。
【００５９】
ＳＯI基板の場合、支持基板２００は、半導体基板２０２/断熱層２０４/半導体層（図示せず）の構造を有する。半導体層の厚さは、５０ｎｍ以下である。半導体層の厚さの減少は、半導体層の熱伝導度を減少させる。半導体層は、シリコン層である。断熱層２０４は、シリコン酸化膜である。断熱層２０４は、２００ｎｍ以上である。断熱層２０４の厚さの増加は、この断熱層上の構造物から発生された熱を下部の半導体基板に伝達することを減少させる。半導体層は、単結晶構造、多結晶構造、非晶質構造のうちの少なくとも一つを有する。断熱層２０４は、熱伝導度、及び/又は電気伝導度が低い物質である。半導体層又は半導体基板２０２に熱電素子を駆動する半導体素子が形成される。
【００６０】
支持基板２００上に少なくとも一つの第１障壁領域２１２を含む第１導電型の第１半導体ナノワイヤ２１０及び少なくとも一つの第２障壁領域２２２を含む第２導電型の第２半導体ナノワイヤ２２０が配置される。第１半導体ナノワイヤ２１０、及び/又は前記第２半導体ナノワイヤ２２０の直径又は幅は、１００ｎｍ以下である。望ましくは、第１，２半導体ナノワイヤ２１０，２２０の直径又は幅は、１０ｎｍ以下である。第１半導体ナノワイヤ２１０及び前記第２半導体ナノワイヤ２２０は、Ｓｉ及びＧｅのうち、少なくとも一つを有する。第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。第１導電型の不純物濃度及び第２導電型の不純物濃度は、１０17ｃｍ-3乃至１０19ｃｍ-3である。第１，第２半導体ナノワイヤ２１０，２２０の断面は、多角形、円形、楕円形、扇形のうちの少なくとも一つを有する。第１，２半導体ナノワイヤ２１０，２２０の長さは、５０ｎｍ以上である。
【００６１】
第１障壁領域２１２及び第２障壁領域２２２は、熱的障壁である。第１障壁領域２１２の熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ２１０の熱伝導度よりも小さく、第２障壁領域２２２の熱伝導度は、第２半導体ナノワイヤ２２０の熱伝導度よりも小さい。第１障壁領域２１２の電気伝導度（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）は、第１半導体ナノワイヤ２１０の電気伝導度以上であり、前記第２障壁領域２２２の電気伝導度は、第２半導体ナノワイヤ２２０の電気伝導度以上である。第１障壁領域２１２と第１半導体ナノワイヤ２１０は、オーミックコンタクト（ｏｈｍｉｃ  ｃｏｎｔａｃｔ）を形成する。第２障壁領域２２２と第２半導体ナノワイヤ２２０は、オーミックコンタクトを形成する。第１障壁領域２１２又は前記第２障壁領域２２２は、Ｓｉ−金属化合物、Ｇｅ‐金属化合物、Ｓｉ−Ｇｅ金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。第１障壁領域２１２は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２障壁領域２２２は、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。例えば、第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。この場合、第１障壁領域２１２はエルビウムシリサイドＥｒＳｉｘであり、第２障壁領域２２２は白金シリサイドである。エルビウム−シリサイドは、電子に対して非常に低いショットキー接合障壁高さを提供する。エルビウム−シリサイドは、電気的にオーミック特性を見せる。従って、エルビウム−シリサイドの電気伝導度は、第１半導体ナノワイヤ２１０とほとんど同一の値を有する。一方、エルビウム−シリサイドの熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ２１０に比べて大幅に減少させる。白金−シリサイドは、電子に対して非常に低いショットキー接合障壁高さを提供する。白金−シリサイドは、電気的にオーミック特性を見せる。従って、白金−シリサイドの電気伝導度は、第２半導体ナノワイヤ２２０とほとんど同一の値を有する。一方、白金−シリサイドの熱伝導度は、第１半導体ナノワイヤ２２０に比べて大幅に減少させる。
【００６２】
第１電極２３０と、第２電極２４０と、共通電極２５０とは、ドーピングされた半導体、金属、金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。第１電極２３０は、第１下部電極２３２及び第１上部電極２３４の複層構造を有する。第２電極２４０は、第２下部電極２４２及び第２上部電極２４４の複層構造を有する。第１上部電極２３４は、金属、金属化合物、金属シリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第１上部電極は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部電極２４４は、金属、金属化合物、金属シリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部電極２４４は、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第１電極下部２３２及び前記第１半導体ナノワイヤ２１０は、同一の物質を有し、第２下部電極２４２及び前記第２半導体ナノワイヤ２２０は、同一の物質を有している。第１下部電極２３２は、第１導電型の半導体である。第２下部電極２４２は、第２導電型の半導体である。
【００６３】
第１下部電極２３２と第１半導体ナノワイヤ２１０の接合は、オーミックコンタクトである。第２下部電極２４２と第２半導体ナノワイヤ２２０の接合は、オーミックコンタクトである。オーミックコンタクトは、第１，第２半導体ナノワイヤ２１０，２２０の温度差によって発生した電子又は孔のキャリアの移動を円滑にする。
【００６４】
共通電極２５０は、下部共通電極２５２及び上部共通電極２５４を備えている。また、下部共通電極２５２は、第１下部共通電極２５２ａ及び第２下部共通２５２ｂを備えている。上部共通電極２５４は、第１上部共通電極２５４ａ及び第２上部共通電極２５４ｂを備えている。第１下部共通電極２５２ａは、前記第１下部電極２３２のような物質を有する。第２下部共通電極２５２ｂは、前記第２下部電極２４２のような物質を有する。
【００６５】
共通電極２５０は、ドーピングされた半導体、金属、金属化合物のうちの少なくとも一つを有する。共通電極２５０は、半導体/金属シリサイド、半導体/金属化合物、及び半導体/金属のうちの少なくとも一つを含む複層構造を有する。第１半導体ナノワイヤ２１０と共通電極２５０は、オーミックコンタクトを形成する。第２半導体ナノワイヤ２２０と共通電極２５０は、オーミックコンタクトを形成する。
【００６６】
例えば、第１下部共通電極２５２ａは、第１導電型の半導体であり、第１上部共通電極２５４ａは、金属シリサイドである。第２下部共通電極２５２ｂは、第２導電型の半導体であり、第２上部共通電極２５４ｂは、金属シリサイドである。第１上部共通電極２５４ａは、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。第２上部共通電極２５４ｂは、白金Ｐｔ、イッテルビウムＹｂ、及びこれらのシリサイドのうちの少なくとも一つを有する。
【００６７】
共通電極２５０上に光吸収体２６０が配置されている。この光吸収体２６０は、太陽光を吸収して熱エネルギに変換する手段である。光吸収体２６０は、チタニウム酸化膜ＴｉＯを備えている。光吸収体２６０は、第１及び第２半導体ナノワイヤ２１０，２２０に温度差を印加する。
【００６８】
本発明の変形された実施形態によると、共通電極２５０は、熱源に直接、又は間接に接触する。
【００６９】
図４Ａ乃至図４Ｇは、本発明の他の実施形態による熱電素子の形成方法を説明するための斜視図である。  
図４Ａを参照すると、支持基板２００は、半導体基板２０２/断熱層２０４を備えている。この断熱層２０４は、シリコン酸化膜である。断熱層２０４上にダミーパッド膜（図示せず）が形成される。ダミーパッド膜をパターニングしてダミーパッド２１１，２２１を形成する。ダミーパッド膜は、断熱層２０４と蝕刻選択性を有する物質である。断熱層２０４がシリコン酸化膜である場合、ダミーパッド膜は、シリコン窒化膜である。
【００７０】
図４Ｂを参照すると、支持基板２００上に半導体膜をコーンフォーマルに形成する。半導体膜を異方性蝕刻して、ダミーパッドの側壁に側壁スペーサを形成する。続いて、ダミーパッドは、選択的に除去されて、第１，２予備半導体ナノワイヤ２１０ａ，２２０ａが形成される。第１，２予備半導体ナノワイヤ２１０ａ，２２０ａは、閉められた帯型に形成される。続いて、フォトレジストパターン工程及びイオン注入工程を利用して第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａは、第１導電型にドーピングされる。続いて、フォトレジストパターン工程及びイオン注入工程を利用して第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａは、第２導電型にドーピングされる。
【００７１】
図４Ｃを参照すると、支持基板２００上に第１層間絶縁膜（図示せず）を形成する。第１層間絶縁膜をパターニングして第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａの一部を露出させる。第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａの一部が露出された支持基板２００上に金属を蒸着する。金属は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、マグネシウムＭｇのうちの少なくとも一つを有する。支持基板２００を熱処理して露出された第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａの一部に金属シリサイドを形成する。金属シリサイドは、第１障壁領域２１２を提供する。続いて、金属は、選択的に蝕刻されて除去される。
【００７２】
続いて、第１層間絶縁膜を除去して、第２層間絶縁膜（図示せず）を形成する。第２層間絶縁膜をパターニングして第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａの一部を露出させる。第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａが露出された支持基板２００上に金属を蒸着する。金属は、白金Ｐｔ、及びイッテルビウムＹｂのうちの少なくとも一つを有する。続いて、支持基板２００を熱処理して第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａが露出された部分に金属シリサイドを形成する。金属シリサイドは、第２障壁領域２２２を提供する。続いて、金属は、選択的に除去される。続いて、第２層間絶縁膜は、選択的に除去される。
【００７３】
本発明の変形された実施形態によると、支持基板上に第１金属を蒸着する。第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａを横切るように第１金属をパターニングする。続いて、第１金属を熱処理して金属シリサイドを形成する。続いて、支持基板の第１金属は、選択的に除去されて、第１障壁領域を形成する。続いて、支持基板に第２金属を蒸着する。第２金属を、前記第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａを横切るようにパターニングする。続いて、第２金属を熱処理して金属シリサイドを形成する。支持基板の第２金属は、選択的に除去されて、第２障壁領域を形成する。
【００７４】
本発明の変形された実施形態によると、第１障壁領域及び第２障壁領域は、リフトオフリソグラフィ技術を利用して形成される。
【００７５】
図４Ｄを参照すると、支持基板２００に第３層間絶縁膜２６１を形成する。第３層間絶縁膜２６１の上部面は平坦化される。平坦化は、エッチバック工程又は化学機械的錬磨工程を利用する。
【００７６】
図４Ｅを参照すると、第３層間絶縁膜２６１及び第１，２予備半導体ナノワイヤ２１０ａ，２２０ａをパターニングして、第１下部電極コンタクト孔２３１、第２下部電極コンタクト孔２４１、及び下部共通電極コンタクト孔２５１を形成する。第１下部電極コンタクト孔２３１は、第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａの一部を除去して形成される。第１下部電極コンタクト孔２３１は、断熱膜２０４が露出されるように第３層間絶縁膜２６１を蝕刻して形成される。第２下部電極コンタクト孔２４１は、第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａの一部を除去して形成される。第２下部電極コンタクト孔２４１は、断熱膜２０４が露出されるように第３層間絶縁膜２６１を蝕刻して形成される。下部共通電極コンタクト孔２５１は、第１，２予備半導体ナノワイヤ２１０ａ，２２０ａの一部を除去して形成される。下部共通電極コンタクト孔２５１は、断熱膜２０４が露出されるように第３層間絶縁膜２６１を蝕刻して形成される。下部共通電極コンタクト孔２５１は、第１下部電極コンタクト孔２３１及び第２下部電極コンタクト孔２４１と互いに面するように形成される。第１半導体ナノワイヤ２１０は、第１予備半導体ナノワイヤ２１０ａが分離されて形成される。第２半導体ナノワイヤ２２０は、第２予備半導体ナノワイヤ２２０ａが分離されて形成される。
【００７７】
図４Ｆを参照すると、第１下部コンタクト孔２３１、第２下部コンタクト孔２４１、及び下部共通コンタクト孔２５１を満たす半導体膜（図示せず）を形成する。半導体膜が形成された支持基板２００は、第３層間絶縁膜２６１が露出されるように平坦化される。平坦化は、予備下部共通電極（図示せず）、第１予備下部電極（図示せず）、第２予備下部電極（図示せず）を形成する。第１予備下部電極は、第１電極コンタクト孔２３１を満たす。第２予備下部電極は、第２電極コンタクト孔２４１を満たす。予備下部共通電極は、予備共通電極コンタクト孔２５１を満たす。
【００７８】
支持基板２００上に不純物を注入する工程が進行される。不純物の注入は、イオンビームによるイオン注入工程、拡散工程による不純物注入工程、及びプラズマを利用したイオン注入工程のうちの少なくとも一つを利用する。これに従って、第１予備下部電極は、第１導電型にドーピングして第１下部電極２３２を形成する。第２予備下部電極は、第２導電型にドーピングされて第２下部電極２４２を形成する。予備下部共通電極の一部は、第１予備下部電極と同時に第１導電型にドーピングされて第１下部共通電極２５２ａを形成し、予備下部共通電極の残部は、第２予備下部電極と同時に第２導電型にドーピングされて第２下部共通電極２５２ｂを形成する。下部共通電極２５２は、第１導電型にドーピングされる第１下部共通電極２５２ａと、第２導電型にドーピングされる第２下部共通電極２５２ｂとを備えている。第１導電型はＮ型であり、第２導電型はＰ型である。第１導電型の不純物濃度及び第２導電型の不純物濃度は、１０17ｃｍ-3乃至１０19ｃｍ-3である。
【００７９】
図４Ｇを参照すると、支持基板２００上に第１金属を蒸着する。金属は、エルビウムＥｒ、ユウロピウムＥｕ、サマリウムＳｍ、及びマグネシウムＭｇのうちの少なくとも一つを有する。第１金属の蒸着は、化学気相蒸着法、スパッタリング法、及び蒸発法のうちの少なくとも一つを有する。第１金属をパターニングして、第１下部電極２３２及び第１下部共通電極２５２ａ上に第１金属が配置されている。続いて、第１金属が蒸着された支持基板２００を熱処理して第１金属シリサイドを形成する。第１金属シリサイドは、第１上部電極２３４、第１上部共通電極２５４ａを形成する。続いて、第１金属シリサイドが形成されない第１金属は、選択的に蝕刻して除去される。
【００８０】
支持基板２００上に第２金属を蒸着する。金属は、白金Ｐｔ、及びイッテルビウムＹｂのうちの少なくとも一つを有する。第２金属の蒸着は、化学気相蒸着法、スパッタリング法、及び蒸発法のうちの少なくとも一つを有する。第２金属をパターニングして、第２下部電極２４２及び第２下部共通電極２５２ｂ上に第２金属が配置されている。続いて、第２金属が蒸着された支持基板２００を熱処理して第２金属シリサイドを形成する。第２金属シリサイドは、第２上部電極２４４、第２上部共通電極２５４ｂを形成する。続いて、第２金属シリサイドが形成されない第２金属は、選択的に蝕刻して除去される。第１上部共通電極２５４ａ及び前記第２上部共通電極２５４ｂは、互いに接触する。
【００８１】
本発明の変形された実施形態によると、第１上部電極２３４と、第２上部電極２４４と、上部共通電極２５４とは、リフトオフリソグラフィ工程によって形成される。
【００８２】
再び、図３を参照すると、第１上部共通電極２５４ａ及び第２上部共通電極２５４ｂ上に光吸収体２６０が配置されている。
【００８３】
図５は、本発明の熱電素子モジュールの一実施形態を説明するための斜視図である。  
熱電素子３９０が第１方向及びこの第１方向を横切る第２方向にマトリックス形態に配列されている。熱電素子モジュールは、熱電素子を直列連結させて第１群を形成する第１配線部３７７を備えている。第１配線部３７７は、第１コンタクトプラグ３７５と、第１配線３７６とを備えている。熱電素子モジュールは、直列された第１群を並列連結させる第２配線部３７１を備えている。第２配線部３７１は、第２コンタクトプラグ３７２と、第２配線３７４を備えている。熱電素子の各々は、少なくとも一つの第１障壁領域を有する第１導電型の第１半導体ナノワイヤと、少なくとも一つの第２障壁領域を有する第２導電型の第２半導体ナノワイヤとを備えている。熱電素子３９０は、電圧を増加させるように第１コンタクトプラグ３７５及び第１配線３７６を通じて互いに直列連結されている。また、直列連結された前記熱電素子３９０は、電流を増加させるように第２コンタクトプラグ３７２及び第２配線３７４を通じて並列連結されている。
【符号の説明】
【００８４】
１００，２００  支持基板
１０２，２０２  半導体基板
１０４，２０４  断熱層
１０６  半導体層
１１０，２１０  第１半導体ナノワイヤ
１１１  第１予備半導体ナノワイヤ
１１２，２１２  第１障壁領域
１２０，２２０  第２半導体ナノワイヤ
１２１  第２予備半導体ナノワイヤ
１２２，２２２  第２障壁領域
１３０，２３０  第１電極
１３１  第１予備下部電極
１３２，２３２  第１下部電極
１３４，２３４  第１上部電極
１４０，２４０  第２電極
１４１  第２予備下部電極
１４２，２４２  第２下部電極
１４４，２４４  第２上部電極
１５０，２５０  共通電極
１５１  予備下部共通電極
１５２，２５２  下部共通電極
１５４，２５４  上部共通電極
１６０，２６０  光吸収体
１６１  第１層間絶縁膜
１６２  第２層間絶縁膜
２１１，２２１  ダミーパッド
２１０ａ  第１予備半導体ナノワイヤ
２２０ａ  第２予備半導体ナノワイヤ
３７１  第２配線部
３７２  第２コンタクトプラグ
３７４  第２配線
３７５  第１コンタクトプラグ
３７６  第１配線
３７７  第１配線部
３９０  熱電素子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2010130002.tif 000005
【図２Ｃ】
2010130002.tif 000006
【図２Ｄ】
2010130002.tif 000007
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５】
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