(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の磁化方向を有する一の磁性体と、
前記一の磁性体に配設された複数の起電体とで構成され、
前記複数の起電体は、スピン軌道相互作用を有する材料を含み、
前記複数の起電体同士の起電力が加算されるように直列に接続されていることを特徴とする熱電変換素子。
【請求項２】
互いに直列接続された前記起電体において、
一方の端部から他方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体の起電力生成効率は、
他方の端部から一方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体の起電力生成効率より大きいことを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記複数の起電体は、前記磁化方向に対して略垂直方向に長手方向を有する形状であり、互いに略平行に配設されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記複数の起電体のうち少なくとも１つは、長手方向の一方の端部に出力端子が設けられ、他方の端部は他の前記起電体と接続していることを特徴とする請求項３に記載の熱電変換素子。
【請求項５】
前記他方の端部から一方の端部に向かって起電力を生成する前記起電体は、導電体で構成され
前記起電体における長手方向の一方の端部は、隣接する導電体の他方の端部と接続して折り返し形状を形成していることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換素子。
【請求項６】
前記他方の端部から一方の端部に電流が流れる前記起電体は、導電体で構成され、
前記起電体における長手方向の一方の端部は、導電体の端部と接続して、スパイラル形状を形成していることを特徴とする請求項４に記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記複数の起電体は、導電体により直列に接続され、
前記起電体の起電力生成効率は、前記導電体の起電力生成効率と異なることを特徴とする請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記導電体の延伸方向の幅が、前記複数の起電体の延伸方向の幅より狭いことを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項９】
前記導電体が、前記複数の起電体よりもスピン軌道相互作用の小さい材料を含むことを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項１０】
前記導電体と前記磁性体とのあいだに、バリア層を設けていることを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体材料をベースとした熱電変換素子及び熱電変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
持続可能な社会に向けた環境・エネルギー問題への取り組みが活発化する中で、熱エネルギー回収技術への期待が高まっている。熱は体温、太陽熱、エンジン、工業排熱など様々な場面から回収することができ、最も一般的なエネルギー源であり、エネルギー効率の高い低炭素社会を実現するためにも熱回収技術の必要性は増している。
【０００３】
ゼーベック効果（もしくはペルチェ効果）に基づく熱電変換素子は、温度差発電や熱センサ、冷却など、既に様々な場面で活用されており、これからのユビキタス情報社会においても身の回りの熱からエネルギーを回収して小型端末やセンサを駆動するといった電源・給電デバイスとして期待されている。熱電変換素子はｐ型半導体とｎ型半導体の組み合わせである熱電対を多数直列に接続したモジュール構造を有しており、可動部がないことから騒音・振動が無く、スケール効果が無く小さな温度差でも発電でき、様々な機器・環境に組み込める、といった多くの利点を有する。
【０００４】
また近年では、磁性材料に温度勾配をつけて、電子スピンの流れが生じさせるスピンゼーベック効果も発見されており、特許文献１、非特許文献１，２にはそれに基づくスピン熱電変換素子の記載がされている。
【０００５】
特許文献１に記載されているスピン熱電変換素子は、強磁性体と金属電極とで構成されている。強磁性体に温度勾配を与えると、スピンゼーベック効果によって、温度勾配に沿った方向にスピン流が誘起される。この誘起されたスピン流は、磁性体に接する金属電極におけるスピンホール効果によって、電流として外部に取り出すことができる。これにより、ゼーベック効果に基づく熱電変換素子と同様に熱から電力を取り出す温度差発電が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３００７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の熱電変換素子は、熱起電力の高出力化に際して幾つかの課題が存在した。ゼーベック効果に基づく熱電変換素子は、出力電圧を高めるためにｐ型半導体とｎ型半導体からなる熱電対を電気的に多数直列に接続した構造を作り込む必要がある。このような複雑な構造のため、製造コストの増加が避けられず、耐久性や耐衝撃性にも課題があった。
【０００８】
一方、スピンゼーベック効果に基づくスピン熱電変換素子の場合、複雑な構造の作り込みが不要で、金属電極を長くするだけで熱起電力の高出力化が原理的に可能となる。特許文献１では、パイプ上の熱源に対してスピン熱電変換素子を適用した場合、熱起電力を高めるためにロールケーキ状にして巻き回数を増やす構造が記載されている。そのため、出力を高めるほど巻数を増加させる必要があり、小型化の面で問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した課題を解決する熱電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における熱電変換素子は、少なくとも１つの磁化方向を有する磁性体と、前記磁化方向に対して略平行な面に配設され、スピン軌道相互作用を有する材料を含む複数の起電体とで構成され、前記複数の起電体同士の起電力が加算されるように直列に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のおける熱電変換素子は、高出力と省スペース性の両立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。
【図２】第２の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。
【図３】第２の実施形態における熱電変換素子の斜視図である。
【図４】第２の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図５】第２の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図６】第３の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図７】第３の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図８】第４の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図９】第４の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図１０】第５の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図１１】第５の実施形態における熱電変換素子の上面図である。
【図１２】実施例１における熱電変換素子の斜視図である。
【図１３】実施例１における熱電変換素子の上面図である。
【図１４】実施例２における熱電変換素子の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
【００１４】
〔第１の実施形態〕次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態における熱電変換素子１の斜視図である。
【００１５】
〔構成の説明〕図１に示すように、本実施形態における熱電変換素子１は、磁性体２と起電体３とを備えている。
【００１６】
磁性体２は、少なくとも１つの磁化方向を有する材料である。磁性体２は、熱伝導率の小さな材料ほど効率よく熱電効果を作用するため、磁性絶縁体であることが好ましい。本実施形態では、磁性絶縁体として例えばガーネット系の磁性材料などが適用可能であり、イットリウム鉄ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２、以下YIGと略記）などが好ましい。また磁性体２の材料は上記に限定されず、鉄とニッケルとの合金であるパーマロイなどの強磁性金属についても利用可能である。また、磁性体２の形状は、平板状であることが好ましいが、特に限定されず、また、多少の平面粗さや歪みがあっても構わない。
【００１７】
磁性体２は、液相エピタキシャル成長（LPE）や、スパッタ、レーザーアブレーション（PLD）、有機金属堆積法（MOD法）、エアロゾルデポジション法（AD法）などで成膜を行う。特にプラスチック基板などにYIGのような磁性絶縁体を大面積成膜する用途には、AD法の利用が望ましい。磁性体２の膜厚は熱電発電の用途や温度領域に応じて変えることが可能だが、通常は100nm〜500μｍ程度に設定する。
【００１８】
起電体３は、磁性体２の磁化方向に対して略平行な面に複数設けられており、個々の起電体３で発生した起電力が加算されるように直列接続している。このように加算された起電力は、最終的に起電体３における一方の端部（Ａ）と他方の端部（Ｂ）との間で加算起電力Ｖsumとして取り出される。なお複数の起電体３は、磁性体２に接して設けられていなくてもよく、磁性体２の上方に設けられていればよい。すなわち、起電体３と磁性体２との間に、空隙や別の構造物が設けられていてもよい。
【００１９】
起電体３は、スピン軌道相互作用を有する材料を含んでいる。例えばスピン軌道相互作用の比較的大きなAuやPt、Pdなどの金属材料、またはそれらの合金材料を用いる。なお起電体３は、スピンホール効果を強めるために、FeやCuなどの不純物を添加してもよい。ここで、起電体３の厚さは、少なくとも金属材料のスピン拡散長以上に設定するのが好ましい。例えばAuであれば50nm以上、Ptであれば10nm以上に設定するのが望ましい。
【００２０】
〔作用の説明〕図１の熱電変換素子１において、鉛直方向（図面ｚ方向）に温度勾配が印加されると、磁性体２のスピンゼーベック効果により、温度勾配に平行なz方向にスピンの流れ（スピン流）が誘起される。
【００２１】
この磁性体２において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体３へと流れ込む。その後、起電体３における逆スピンホール効果によって、流れ込んだスピン流は、磁化方向に対して垂直方向であるx方向の電流（起電力）へと変換される。つまり、磁性体２と起電体３とで構成される熱電変換素子１は、印加される温度勾配から起電力を生成する。
【００２２】
直列接続構造の結果、個々の起電体３で生成した起電力は加算され、端部の間で加算起電力Ｖsumとして取り出される。すなわち、加算起電力Ｖsumとは個々の起電体３における起電力の和となっている。
【００２３】
ここで個々の起電体３における起電力は、逆スピンホール効果が要請する対称性から、磁性体２の磁化方向と、磁性体２から起電体３にスピン流が流れ込む方向と、の両方に対して垂直な一方向（２つのベクトルの外積方向）に常に生成される。
【００２４】
例えば図１に示す配置の場合、磁化方向がｙ方向で、スピン流がｚ方向に流れることから、個々の起電体３において起電力は常にｘ方向に生成される。従って図１のように起電体を直列接続した場合、加算電圧Ｖsumに対してプラスの寄与をする（一方の端部（Ａ）から他方の端部（Ｂ）に向かって起電力を生成する）起電体もあれば、マイナスの寄与をする（他方の端部（Ｂ）から一方の端部（Ａ）に向かって起電力を生成する）起電体もある。
【００２５】
そこで、一方の端部（Ａ）から他方の端部（Ｂ）に向かって起電力を生成する起電体における起電力生成効率は、他方の端部（Ｂ）から一方の端部（Ａ）に向かって起電力を生成する起電体における起電力生成効率よりも大きくなるよう素子構造を設計する。その結果、直列接続した起電体３の加算電圧Ｖsumは全体としてプラスに加算される。もちろん、上記の設計を逆にして、加算電圧Ｖsumが全体としてマイナスに加算されるようにしてもよい。なお上記の条件を満たせば、起電体３の形状は限定されない。
【００２６】
なお、逆スピンホール効果によって起電力を生成するための対称性から、磁性体２の磁化方向と、起電体３に流れ込むスピン流の方向、および起電体３の延伸方向（起電力を加算する方向）の３つの方向が互いに略垂直であることが望ましいが、逆にこれらが満たされる配置であれば、熱電変換素子１の構造は本実施形態のものに限定されない。磁性体２の磁化方向や、磁性体２に対する起電体３の配置などは柔軟に変更することができる。
【００２７】
〔効果の説明〕本実施形態における熱電変換素子１は、磁性体２の上方に設けられた起電体３が起電力を加算されるように直列接続している。そのため熱電変換素子１は、省スペースで高い出力の取り出しが可能となる。
【００２８】
〔第２の実施形態〕次に、第２の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における熱電変換素子１の斜視図である。
【００２９】
〔構成の説明〕図２に示すように、本実施形態における熱電変換素子１は、第１の実施形態と同様に、磁性体２と、起電体３とを備えており、さらに導電体４と出力端子５、６とを備えている。
【００３０】
磁性体２は、第１の実施形態と同様に、少なくとも１つの磁化方向を有する材料であり、磁性絶縁体が好ましいが、金属磁性体も利用できる。また磁性体２の形状は、平板状であることが好ましいが、特に限定されず、また、多少の平面粗さや歪みがあっても構わない。
【００３１】
起電体３は、第１の実施形態と同様に、磁性体２の磁化方向に対して略平行な面に複数設けられており、磁性体２の磁化方向に対して略垂直方向に長手方向を有する形状である。また起電体３と磁性体２との間に、空隙や別の構造物が設けられていてもよい。
【００３２】
ここで出力端子５から出力端子６に向かって起電力を生成する起電体３に対して、逆に出力端子６から出力端子５に向かって起電力を生成する部分を導電体４とする。なお、起電体３の起電力生成効率は、導電体４の起電力生成効率より大きい。
【００３３】
複数の起電体３は、互いに略平行に並んで配設されている。そして導電体４は、起電体３の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体３の他方の端部とを接続している。つまり、起電体３と導電体４とが互いに交互に連続して接続しており、図２のような折り返し形状（ジグザグ型のミアンダ形状）を形成している。
【００３４】
なお、起電体３の起電力生成効率が、導電体４の起電力生成効率より大きければ、起電体３と導電体４との接続の形状及び配置は、特に限定されない。例えば起電体３と導電体４は、図３のように互いに斜めに接続してもよい。また図４に示すような直線形状の起電体３と導電体４とを備えたスパイラル形状や、また図５に示すような曲線形状の起電体３と導電体４とを備えたスパイラル形状でもよい。
【００３５】
また、導電体４は必ずしも起電体３の端部に限らず、端部より中心部に近い位置で接続してもよい。
【００３６】
出力端子５および出力端子６は、一方の端部のみが他の起電体３（または導電体４）と接続している起電体３の他方の端部に設ける。このように起電体３を設けることで、最大の起電力（出力電圧）を得ることができる。
【００３７】
また複数の起電体３と導電体４とは、同一平面上に設けてもよい。
【００３８】
〔作用の説明〕磁性体２が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体２のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ（スピン流）が誘起される。
【００３９】
この磁性体２において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体３のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体３、および導電体４の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体２と起電体３、および導電体４とで構成される熱電変換素子１は、印加される温度勾配から電力を生成する。ここで起電体３は、導電体４と比べて起電力生成効率が大きいため、出力端子５から出力端子６に向かう一方向に電流が流れる。
【００４０】
〔効果の説明〕本実施形態における熱電変換素子１は、磁性体２上に設けられた複数の起電体３が、導電体４によって、起電体３と導電体４が折り返し形状やスパイラル形状を形成するように接続している。上記に示した構造により、折り返し部分などで起電力が互いにキャンセルされることなく、出力端子５から出力端子６に向かって起電力を有効に加算することができる。その結果、熱電変換素子1はサイズを大きくすることなく、省スペースで高い出力の取り出しが可能となる。
【００４１】
〔第３の実施形態〕次に第３の実施形態について説明する。図６は、本実施形態の熱電変換素子１の上面図である。
【００４２】
〔構造の説明〕本実施形態では、図６に示すように、起電体３と導電体４との材料が異なる。それ以外の構造、接続関係は、第２の実施形態と同様である。つまり、第３の実施形態の熱電変換素子１は、磁性体２と、起電体３と、導電体４と、出力端子５、６とを備えている。
【００４３】
起電体３は、第１の実施形態と同様に、スピンホール効果（起電力生成効率）の大きな金属で構成される。例えば、ＰｔやＡｕなどが好ましいがこれに限定されない。なお起電体３は、スピンホール効果を強めるために、FeやCuなどの不純物を添加してもよい。
【００４４】
一方、導電体４は、スピンホール効果（起電力生成効率）の小さな金属で構成される。例えば導電体４は、ＣｕやＡｌなどが好ましいが、起電体３よりスピンホール効果が小さい材料であれば、これに限定されない。
【００４５】
〔作用・効果の説明〕磁性体２が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体２のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ（スピン流）が誘起される。
【００４６】
この磁性体２において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体３のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体３の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体２と起電体３とで構成される熱電変換素子１は、印加される温度勾配から電力を生成する。つまり起電体３には、温度勾配方向と磁性体２の磁化方向とで決まる一方向に起電力が生成される。（図６では、右方向）
しかし、熱電変換素子１が単純な折り返し構造である場合、磁性体２から取り出され、起電体３や導電体４に生成される電流の向きは全て図面右方向であるため、図７に示すように折り返し部分で電流が互いに打ち消しあい、出力電圧がキャンセルされてしまう可能性がある。
【００４７】
そこで、本実施形態では起電体３と導電体４とでスピンホール効果（起電力生成効率）が異なる材質を適用した。つまり起電体３は、スピンホール効果が大きい材質を適用し、導電体４は、スピンホール効果の小さい材質を適用した。
【００４８】
つまり、出力端子５から出力端子６に流れる電流を生成する場合、出力端子５から出力端子６の方向に向かって起電力を生成する起電体３をスピンホール効果の大きい材質とする。そして、反対に出力端子６から出力端子５に向かって起電力を生成する導電体４を、スピンホール効果の小さい材質とする。
【００４９】
上記のように材質を変えることで、導電体４に流れ込むスピン流はほとんど電流に変換されず、起電体３に流れ込むスピン流は電流に変換される。そのため、出力端子５から出力端子６に向かう一方向に出力電圧を効率よく取り出すことができる。
【００５０】
〔第４の実施形態〕次に第４の実施形態について説明する。図８は、本実施形態の熱電変換素子１の上面図である。
【００５１】
〔構造の説明〕本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、図８に示すように、起電体３と導電体４の延伸方向の幅が異なる点である。それ以外の構造、接続関係は、第２の実施形態と同様である。つまり、第４の実施形態の熱電変換素子１は、磁性体２と、起電体３と、導電体４と、出力端子５、６とを備えている。
【００５２】
本実施形態における複数の起電体３は、互いに略平行に配設されている。そして導電体４は、起電体３の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体３の他方の端部とを接続している。
【００５３】
導電体４の延伸方向における幅は、起電体３の延伸方向における幅より短い。なお、本実施形態における導電体４は延伸方向の幅が異なるため、起電体３と同じ材料で形成してもよいし、また起電体３より、スピンホール効果（起電力生成効率）の小さな金属であれば限定されない。
【００５４】
また図９のように、隣り合う起電体３の間で、起電体３よりも幅が狭い誘電体４を斜め方向に接続してもよい。
【００５５】
〔作用・効果の説明〕磁性体２が平面方向に作用している磁化方向に対して、鉛直方向に温度勾配が印加されると、磁性体２のスピンゼーベック効果により、温度勾配方向にスピンの流れ（スピン流）が誘起される。
【００５６】
この磁性体２において生成されたスピン流は、互いに直列接続する起電体３のスピンホール効果によって、磁化方向と垂直方向である起電体３の延伸方向に流れる電流に変換される。つまり、磁性体２と起電体３とで構成される熱電変換素子１は、印加される温度勾配から電力を生成する。つまり起電体３には、温度勾配方向と磁性体２の磁化方向とで決まる一方向に起電力が生成される。（図８では、右方向）
しかし、熱電変換素子１が単純な折り返し構造である場合、磁性体２において生成される電流の向きは全て図面右方向であるため、図７に示すように折り返し部分で電流が互いに打ち消しあい、全体として出力がキャンセルされてしまう可能性がある。
【００５７】
そこで、本実施形態では起電体３の延長方向における幅を、導電体４の延長方向における幅より大きくした。上記構造にすることにより、起電体３においてスピン流から変換される電流を、導電体４においてスピン流から変換される電流より大きくすることができる。その結果、一方向に出力電圧を効率よく取り出すことができる。
【００５８】
つまり、出力端子５から出力端子６に流れる電流を生成する場合、出力端子５から出力端子６に向かって起電力を生成する起電体３の延長方向の幅を大きくする一方、反対に出力端子６から出力端子５に向かって起電力を生成する導電体４の延長方向の幅を小さくした。
【００５９】
また本実施形態における起電体３と導電体４とを同じ材質で形成することができるため、少ないプロセスで形成することができる。
【００６０】
〔第５の実施形態〕次に第５の実施形態について説明する。図１０は、本実施形態の熱電変換素子１の上面図である。
【００６１】
〔構成の説明〕本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、図１０に示すように、導電体４と磁性体２の間にスピン流をブロックするバリア層８を設けている点である。それ以外の構造、接続関係は、第２の実施形態と同様である。つまり、第５の実施形態の熱電変換素子１は、磁性体２と、起電体３と、出力端子５、６とを備えている。
【００６２】
本実施形態における複数の起電体３は、互いに略平行に並んで配設されている。そして導電体４は、起電体３の延伸方向における一方の端部と、隣り合う起電体３の他方の端部とを接続している。導電体4の接続の形状及び配置は、特に限定されない。たとえば、起電体３と導電体４とが折り返し形状（図２のようにジグザグ型のミアンダ形状を形成するように接続するものや、図３のように斜めに接続するもの）や、図４や図５に示すようなスパイラル形状にした構造でもよい。
【００６３】
なお本実施形態では、起電体３と導電体４にはスピンホール効果の大きな同一材料を用いる。ただし、起電体３は磁性体２に直接接しているのに対し、導電体４と磁性体２の間にはスピン流をブロックするバリア層８が挿入されている。
【００６４】
〔作用・効果の説明〕上記のように導電体４と磁性体２の間にのみバリア層８を挿入することで、温度勾配によって生成されたスピン流はバリア層８でブロックされ、導電体４では電流は生成しない。この結果、起電体３と導電体４との間で電流がキャンセルされることなく、一方向に出力電圧を取り出すことが可能となる。なお、電極は図１１のようにスパイラル状に形成することもできる。
【００６５】
〔実施例１〕次に実施例１について説明する。図１２は、本実施形態の熱電変換素子１の斜視図であり、図１３は上面図である。
【００６６】
〔構造の説明〕本実施例における熱電変換素子１は、磁性体２と起電体３と導電体４と出力端子５と出力端子６と基板７とを設けている。
【００６７】
基板７は、厚さ300μｍのポリイミド基板を用いる。
【００６８】
磁性体２は、イットリウム鉄ガーネット（以下、YIG）を用い、常温成膜が可能なエアロゾルデポジション（ＡＤ）法を用いて基板上に膜厚200μｍのYIG膜を形成する。
【００６９】
起電体３には、Auを用い、導電体４にはCuを用い、図１３に示すような折り返しパターンを形成する。起電体３であるＡｕの膜厚は100nm、幅４mm、長さ40mmとし、同様に導電体４であるＣｕの膜厚も100nm、幅４mm、長さ40mmとする。導電体４は、延伸方向の両端部において、導電体４を挟んで対向する2つの起電体３にそれぞれ接続する凸部を設けている。なお、起電体３と導電体4との間隔は、0.5ｍｍとする。
【００７０】
起電体３（往路）と導電体４（復路）とで構成される電極を折り返すことで40mm×40mmの長方形サイズの電極構造を形成する。これら折り返しによって、電極の全長は364mmとなっている。全体の抵抗は、各材料の電気伝導率（Au：45.2×106S/m，Cu：59.6×106S/m）から、11.1Ω（Au部分）＋6.9Ω（Cu部分）=18.0Ωとなっている。これにより、起電体３（往路）で生成される電流量が導電体４（復路）で生成される電流量より大きくなるため、出力端子５と出力端子６との間で起電力を取り出すことができる。
【００７１】
〔製造方法〕乾燥した平均直径300nmのYIG微粒子を磁性体２の原料とし、エアロゾル発生容器に詰めておく。また基板７を、成膜チャンバ内のホルダーに固定する。この状態で成膜チャンバとエアロゾル発生容器との間に圧力差を生じさせることで、YIG微粒子が成膜チャンバ内へと引き込まれ、ノズルを通して基板７上に吹き付けられる。
【００７２】
このとき、YIG微粒子は、基板７との衝突エネルギーによって微粒子が粉砕・再結合し、基板７上にYIG多結晶が形成される。ステージを２次元的にスキャンすることで、基板７上に均一なYIG膜を成膜する。
【００７３】
起電体３はインクジェット法により形成する。最初にアルバック製のAuナノメタルインクを用い、インクジェット装置でYIG膜上にインクを吐出し、折り返し電極の起電体３（往路）をAuで形成する。その後、同様にCuナノインクを用いて、折り返し電極の導電体４（復路）をCuで形成する。
【００７４】
〔実施例２〕次に実施例２について説明する。図１４は、本実施形態の熱電変換素子１の上面図である。
【００７５】
〔構造の説明〕本実施例における熱電変換素子１は、磁性体２と起電体３と導電体４と出力端子５と出力端子６と基板７とを設けている。
【００７６】
基板７は、厚さ500μｍのポリイミド基板を用いる。
【００７７】
磁性体２として膜厚200μｍのYIGを実施例1と同様にエアロゾルデポジション（ＡＤ）法で成膜する。
【００７８】
実施例１と異なり、Au一種類だけで形成する代わりに、図１４のように起電体３（往路）と導電体４（復路）での構造非対称性を利用する。起電体３と導電体４の膜厚は100nmとし、起電体３（往路）の電極幅を3mmとする一方、導電体４（復路）の電極幅を1mmと細くする。これにより、導電体４（往路）で生成される電流量が導電体４（復路）で生成される電流量より大きくなるため、出力端子５と出力端子６との間で起電力を取り出すことができる。
【００７９】
〔製造方法の説明〕磁性体２は、実施例1と同様に、基板７上にＡＤ法により成膜する。
【００８０】
起電体３は、無電解金めっき法により形成する。日立化成工業製の、亜硫酸金ナトリウムを金塩として含有する金メッキ液を用い、次亜リン酸塩を還元剤として金メッキ膜をYIG膜上に成膜する。
【００８１】
なお本発明の応用は、温度勾配から電力を生成する熱電発電に限られない。例えば折り返し構造によって電極の実効長を長くして熱起電力を高めることで、高感度な熱センサとしても利用できる。また、熱電発電の逆効果であるペルチェ冷却用の電極としても本発明の電極構造を適用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１    熱電変換素子
２    磁性体
３    起電体
４    導電体
５    出力端子
６    出力端子
７    基板
８    バリア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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