(57)【要約】【課題】熱電変換特性の更なる向上を可能とした熱電変換装置を提供する。【解決手段】特定の面２ａ内に設けられた熱電変換素子３と、熱電変換素子３と熱的に接合された伝熱部材６Ａとを備え、伝熱部材６Ａは、熱電変換素子３の少なくとも一部との間に間隔Ｓを設けて配置される離間部６１と、熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された伝熱部６２とを有し、当該伝熱部６２を介して熱電変換素子３と熱的に接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と熱的に接合された伝熱部材とを備え、
前記伝熱部材は、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される離間部と、前記熱電変換素子と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、前記熱電変換素子と対向する側に向かって突出された伝熱部とを有し、当該伝熱部を介して前記熱電変換素子と熱的に接合されていることを特徴とする熱電変換装置。
【請求項２】
前記間隔に対応した位置に空間を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電変換装置。
【請求項３】
前記空間が減圧されていることを特徴とする請求項２に記載の熱電変換装置。
【請求項４】
前記伝熱部材は、少なくとも第１の伝熱層と、前記第１の伝熱層よりも熱伝導率が高い第２の伝熱層とが積層された構造を有し、且つ、前記第２の伝熱層の一部が前記伝熱部を形成していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項５】
前記伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項６】
前記熱電変換素子の一端側に設けられた第１の電極と、
前記熱電変換素子の他端側に設けられた第２の電極とを備え、
前記伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする請求項５に記載の熱電変換装置。
【請求項７】
前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記熱電変換素子の並び方向に複数並んで設けられていることを特徴とする請求項６に記載の熱電変換装置。
【請求項８】
前記伝熱部は、前記熱電変換素子の中央付近と熱的に接合されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項９】
前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
前記伝熱部材は、前記複数の熱電変換素子の各々と電気的に接続された電極の一部を構成していることを特徴とする請求項８に記載の熱電変換装置。
【請求項１０】
厚み方向において互いに対向する第１の面及び第２の面を有する基板を備え、
前記熱電変換素子は、前記第１の面と前記第２の面との少なくとも一方の面側の面内に設けられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の熱電変換装置。
【請求項１１】
特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と熱的に接合された伝熱部材とを備える熱電変換装置の製造方法であって、
前記伝熱部材を形成する際に、減圧された雰囲気下において、
前記熱電変換素子の少なくとも一部の面上を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層が形成された前記熱電変換素子の面上を覆うと共に、前記犠牲層が形成された位置の少なくとも一部に開口部を有する第１の伝熱層を形成する工程と、
前記開口部を通して前記犠牲層を除去する工程と、
前記第１の伝熱層の面上を覆う第２の伝熱層を形成する工程とを経ることによって、
前記第１の伝熱層及び前記第２の伝熱層により形成される伝熱部材と、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に減圧された空間を形成することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点より、利用されないまま消失している熱の利用が着目されている。特に内燃機関や燃焼装置に関連する分野において、排熱を利用した熱電変換に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に示されるように、全面に亘って一様な厚さに形成された基板と、基板の第１の面に形成された熱電変換膜（熱電変換素子）と、基板の第１の面側に配設された第１の伝熱部材と、第１の面の反対側に位置する基板の第２の面側に配設された第２の伝熱部材と、を備える熱電変換モジュール（熱電変換装置）が知られている。
【０００４】
第１の伝熱部材及び第２の伝熱部材の一面には、凸部がそれぞれ設けられている。第１の伝熱部材の凸部は、熱電変換膜の一端部に形成された高温側の電極に接触している。第２の伝熱部材の凸部は、基板の第２の面のうち、熱電変換膜の他端部に形成された低温側の電極に対して基板の厚さ方向に対向する部分に接触している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０６５１８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱電変換装置では、第１の伝熱部材の受熱面で受けた熱を効率良く温接点に伝えるため、受熱面から温接点までの距離を短くすることが望ましい。一方、冷接点に対しては、受熱面で受けた熱を伝え難くする必要があるため、受熱面から冷接点までの距離を長くすることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の熱電変換モジュールでは、伝熱部材の受熱面が一様な平面であるため、受熱面から温接点までの距離を短くすると、受熱面から冷接点までの距離も同時に短くなってしまう。このため、温接点と冷接点との間で温度差を大きくすることができず、熱電変換特性が向上しないといった課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、熱電変換特性の更なる向上を可能とした熱電変換装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕  特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と熱的に接合された伝熱部材とを備え、
前記伝熱部材は、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に間隔を設けて配置される離間部と、前記熱電変換素子と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、前記熱電変換素子と対向する側に向かって突出された伝熱部とを有し、当該伝熱部を介して前記熱電変換素子と熱的に接合されていることを特徴とする熱電変換装置。
〔２〕  前記間隔に対応した位置に空間を有することを特徴とする前記〔１〕に記載の熱電変換装置。
〔３〕  前記空間が減圧されていることを特徴とする前記〔２〕に記載の熱電変換装置。
〔４〕  前記伝熱部材は、少なくとも第１の伝熱層と、前記第１の伝熱層よりも熱伝導率が高い第２の伝熱層とが積層された構造を有し、且つ、前記第２の伝熱層の一部が前記伝熱部を形成していることを特徴とする前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔５〕  前記伝熱部は、前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔６〕  前記熱電変換素子の一端側に設けられた第１の電極と、
前記熱電変換素子の他端側に設けられた第２の電極とを備え、
前記伝熱部材は、前記第１の電極又は前記第２の電極と突き合わされた前記伝熱部を介して前記熱電変換素子の一端側又は他端側と熱的に接合されていることを特徴とする前記〔５〕に記載の熱電変換装置。
〔７〕  前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記熱電変換素子の並び方向に複数並んで設けられていることを特徴とする前記〔６〕に記載の熱電変換装置。
〔８〕  前記伝熱部は、前記熱電変換素子の中央付近と熱的に接合されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔９〕  前記熱電変換素子は、前記特定の面内に複数並んで設けられ、
前記伝熱部材は、前記複数の熱電変換素子の各々と電気的に接続された電極の一部を構成していることを特徴とする前記〔８〕に記載の熱電変換装置。
〔１０〕  厚み方向において互いに対向する第１の面及び第２の面を有する基板を備え、
前記熱電変換素子は、前記第１の面と前記第２の面との少なくとも一方の面側の面内に設けられていることを特徴とする前記〔１〕〜〔９〕の何れか一項に記載の熱電変換装置。
〔１１〕  特定の面内に設けられた熱電変換素子と、
前記熱電変換素子と熱的に接合された伝熱部材とを備える熱電変換装置の製造方法であって、
前記伝熱部材を形成する際に、減圧された雰囲気下において、
前記熱電変換素子の少なくとも一部の面上を覆う犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層が形成された前記熱電変換素子の面上を覆うと共に、前記犠牲層が形成された位置の少なくとも一部に開口部を有する第１の伝熱層を形成する工程と、
前記開口部を通して前記犠牲層を除去する工程と、
前記第１の伝熱層の面上を覆う第２の伝熱層を形成する工程とを経ることによって、
前記第１の伝熱層及び前記第２の伝熱層により形成される伝熱部材と、前記熱電変換素子の少なくとも一部との間に減圧された空間を形成することを特徴とする熱電変換装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、熱電変換特性の更なる向上を可能とした熱電変換装置及びその製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。
【図２】図１中に示す線分Ａ１−Ａ１’による熱電変換装置の断面図である。
【図３】図１中に示す線分Ｂ１−Ｂ１’による熱電変換装置の断面図である。
【図４】図１中に示す線分Ｃ１−Ｃ１’による熱電変換装置の断面図である。
【図５】図２に示す熱電変換装置の一部を拡大した断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。
【図７】図６中に示す線分Ａ２−Ａ２’による熱電変換装置の断面図である。
【図８】図６中に示す線分Ｂ２−Ｂ２’による熱電変換装置の断面図である。
【図９】図６中に示す線分Ｃ２−Ｃ２’による熱電変換装置の断面図である。
【図１０】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１１】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１２】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１３】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１４】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１５】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１６】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１７】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１８】図６に示す熱電変換装置の製造工程を順に説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。
【図２０】図１９中に示す線分Ａ３−Ａ３’による熱電変換装置の断面図である。
【図２１】図１９中に示す線分Ｂ３−Ｂ３’による熱電変換装置の断面図である。
【図２２】図１９中に示す線分Ｃ３−Ｃ３’による熱電変換装置の断面図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態に係る熱電変換装置の概略構成を示す透視平面図である。
【図２４】図２３中に示す線分Ａ４−Ａ４’による熱電変換装置の断面図である。
【図２５】図２３中に示す線分Ｂ４−Ｂ４’による熱電変換装置の断面図である。
【図２６】図２３中に示す線分Ｃ４−Ｃ４’による熱電変換装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１３】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１〜図５に示す熱電変換装置１Ａについて説明する。なお、図１は、熱電変換装置１Ａの概略構成を示す透視平面図である。図２は、図１中に示す線分Ａ１−Ａ１’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図３は、図１中に示す線分Ｂ１−Ｂ１’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図４は、図１中に示す線分Ｃ１−Ｃ１’による熱電変換装置１Ａの断面図である。図５は、図２に示す熱電変換装置１Ａの一部を拡大した断面図である。
【００１４】
また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内における第１の方向、Ｙ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内における第２の方向、Ｚ軸方向を熱電変換装置１Ａの特定の面内と直交する厚み方向（高さ方向）として、それぞれ示すものとする。
【００１５】
本実施形態の熱電変換装置１Ａは、図１〜図５に示すように、基板２の面上に並んで配置された複数（本実施形態では８個）の熱電変換素子３を一対の端子４ａ，４ｂの間で直列に接続した構造を有している。
【００１６】
基板２は、厚み方向において互いに対向する第１の面（本実施形態では上面）２ａと第２の面（本実施形態では下面）２ｂとを有する絶縁性の基材からなる。基板２としては、例えばシート抵抗が１０Ω以上となる高抵抗シリコン(Ｓｉ)基板を用いることが好ましい。基板２のシート抵抗が１０Ω以上となることで、複数の熱電変換素子３の間で電気的な短絡が生じるのを防止することが可能である。
【００１７】
また、基板２としては、上述した高抵抗Ｓｉ基板の他にも、例えば、基板内に酸化絶縁層を有するＳＯＩ(Silicon On Insulator)基板や、セラミック基板、ガラス基板、その他の高抵抗単結晶基板などを用いることができる。さらに、基板２としては、シート抵抗が１０Ω以下となる低抵抗基板であっても、この低抵抗基板と熱電変換素子３との間に高抵抗材料を配置したものを用いることができる。
【００１８】
複数の各熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ側の面内（特定の面内）において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向と第２の方向とのうち、第１の方向を短手方向とし、第２の方向を長手方向として、第１の方向に一定の間隔で並んで配置されている。また、各熱電変換素子３は、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。
【００１９】
複数の熱電変換素子３は、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）からなる第１の熱電変換素子（一方の熱電変換素子）３ａと、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか他方（本実施形態ではｐ型半導体）からなる第２の熱電変換素子（他方の熱電変換素子）３ｂとが交互に並んで配置された構成を有している。
【００２０】
第１の熱電変換素子３ａには、例えば高濃度（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のアンチモン(Ｓｂ)がそれぞれドープされたｎ型シリコン(Ｓｉ)膜とｎ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ａでは、冷接点側から温接点側に向けて電流が流れる。
【００２１】
第２の熱電変換素子３ｂには、例えば高濃度（１０１８〜１０１９ｃｍ−３）のボロン(Ｂ)がそれぞれドープされたｐ型シリコン(Ｓｉ)膜とｐ型シリコン・ゲルマニウム(ＳｉＧｅ)合金膜との多層膜を用いることができる。ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｂでは、温接点側から冷接点側に向けて電流が流れる。
【００２２】
なお、熱電変換素子３は、上述したｐ型又はｎ型半導体の多層膜からなるものに必ずしも限定されるものではなく、ｐ型又はｎ型半導体の単層膜からなるものであってもよい。また、半導体として酸化物系の半導体を用いることもできる。また、有機高分子膜や金属膜などからなる熱電変換膜を用いることができる。さらに、熱電変換素子３は、上述した熱電変換膜に限らず、バルクからなるものを用いてもよい。
【００２３】
本実施形態の熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）に並んで設けられた複数（本実施形態では９個）の電極５を備えている。複数の熱電変換素子３は、これら複数の電極５の並び方向において交互に隣り合う第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの各間に配置されて、第１の電極５ａと第２の電極５ｂとに電気的に接続されている。
【００２４】
複数の電極５は、熱電変換素子３の第１の方向において対向する一端側の側面と他端側の側面とにそれぞれ接触した状態で、熱電変換素子３の長手方向（第２の方向）の全域に亘って、平面視で互いに同じ大きさで矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。電極５には、導電性及び熱伝導性が高く、且つ、形状加工がし易い、例えば銅(Ｃｕ)や金(Ａｕ)などを好適に用いることができる。
【００２５】
複数の電極５は、冷接点側電極となる５つの第１の電極５ａと、温接点側電極となる４つの第２の電極５ｂとが交互に並んで配置された構成を有している。第１の電極５ａは、各第１の熱電変換素子３ａの一端側（本実施形態では−Ｘ側）及び各第２の熱電変換素子３ｂの一端側（本実施形態では＋Ｘ側）に配置されている。一方、第２の電極５ｂは、各第１の熱電変換素子３ａの他端側（本実施形態では＋Ｘ側）及び各第２の熱電変換素子３ｂの他端側（本実施形態では−Ｘ側）に配置されている。すなわち、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、各第１の熱電変換素子３ａの一端側が−Ｘ側となり、各第１の熱電変換素子３ａの他端側が＋Ｘ側となっている。一方、各第２の熱電変換素子３ｂの一端側が＋Ｘ側となり、各第２の熱電変換素子３ｂの他端側が−Ｘ側となっている。
【００２６】
ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ａでは、冷接点となる第１の電極５ａ側から温接点となる第２の電極５ｂ側に向けて電流が流れる。一方、ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｂでは、温接点となる第２の電極５ｂ側から冷接点となる第１の電極５ａ側に向けて電流が流れる。
【００２７】
したがって、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、第１の熱電変換素子３ａに流れる電流の向きと、第２の熱電変換素子３ｂに流れる電流の向きとが互いに同一方向となっている。
【００２８】
一対の端子４ａ，４ｂのうち、一方の端子４ａは、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も一端側（−Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第１の熱電変換素子３ａ）の−Ｘ側に配置された第１の電極５ａと電気的に接続されている。これに対して、他方の端子４ｂは、熱電変換素子３の並び方向（第１の方向）において最も他端側（＋Ｘ側）に位置する熱電変換素子３（本実施形態では第２の熱電変換素子３ｂ）の＋Ｘ側に配置された第１の電極５ａと電気的に接続されている。なお、一対の端子４ａ，４ｂには、上記電極５と同じものを用いることができる。
【００２９】
本実施形態の熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３と熱的に接合された伝熱部材６Ａを備えている。伝熱部材６Ａは、空気よりも熱伝導率の高い材料、好ましくは基板２よりも熱伝導率の高い材料からなる。そのような伝熱部材６Ａの材料としては、金属を用いることが好ましく、その中でも特に、熱伝導率が高く、且つ、形状加工がし易い、例えばアルミニウム(Ａｌ)や銅(Ｃｕ)などを好適に用いることができる。また、伝熱部材６Ａの材料としては、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)のようなセラミック材料を用いることもできる。また、伝熱部材６Ａは、複数の部材により構成されていてもよい。
【００３０】
伝熱部材６Ａは、基板２の第１の面２ａ側に対向して、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に間隔Ｓを設けて配置される離間部６１と、各熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、各熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された複数（本実施形態では４個）の伝熱部６２とを有している。
【００３１】
離間部６１は、隣り合う伝熱部６２の間に位置して、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとは離間した状態で、その間に間隔Ｓに対応した空間Ｋを形成している。複数の伝熱部６２は、第２の電極５ｂの各々に対応して、各第２の電極５ｂと平面視で重なる範囲を含んで突出されることによって、それぞれの先端が各第２の電極５ｂと突き合わされた状態となっている。これにより、伝熱部材６Ａは、第２の電極と突き合わされた伝熱部６２を介して熱電変換素子３の他端側（温接点側）と熱的に接合されている。
【００３２】
また、各伝熱部６２の先端は、絶縁層（図示せず。）を介して各第２の電極５ｂとは電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。これにより、上記間隔Ｓは、互いに隣り合う伝熱部６２の各間に設けられている。
【００３３】
絶縁層には、伝熱部６２の一部を構成するものとして、例えば、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)や酸化シリコン(ＳｉＯ２)、窒化シリコン(ＳｉＮ)、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)などの空気よりも熱伝導率の高い絶縁材料を用いることができる。また、絶縁層には、例えば、ＵＶ硬化型樹脂やシリコーン系樹脂、熱伝導グリース（例えばシリコーン系のグリースや、金属酸化物を含む非シリコーン系のグリース等）などを用いることができる。なお、伝熱部６２の先端と第２の電極５ｂとの間で電気的な絶縁性が問題とならない場合には、上述した絶縁層を設けずに、伝熱部６２の先端と第２の電極５ｂとが直接接合されていてもよい。
【００３４】
本実施形態の熱電変換装置１Ａは、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、基板２と伝熱部材６Ａとの間が封止材７を介して封止されている。封止材７は、例えば、シリコーン系接着剤などの高温対応の接着剤からなり、基板２と伝熱部材６Ａとの間の周囲を囲むように封止している。一対の端子４ａ，４ｂは、この封止材７で封止された内側から外側へと引き延ばされた状態で設けられている。
【００３５】
また、封止材７により封止された基板２と伝熱部材６Ａとの間には、減圧された空間Ｋが設けられている。これにより、熱電変換装置１Ａは、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａと離間部６１との間（上記間隔Ｓに対応した位置）に、減圧された空間Ｋを有している。なお、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、この空間Ｋに伝熱部６２よりも熱伝導率が低い低熱伝導材料（空気を含む。）が充填された構成とすることも可能である。
【００３６】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、伝熱部材６Ａを高温（熱源）側とし、基板２を低温（放熱／冷却）側に配置する。これにより、熱源（例えば、熱を持った液体や気体などの流体）Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈ（図５中に示す実線の矢印を参照。）が、伝熱部６２を介して第２の電極５ｂに伝わることによって、各熱電変換素子３の第２の電極５ｂ側が第１の電極５ａ側よりも相対的に高温となり、各熱電変換素子３の第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの間に温度差が発生する。
【００３７】
これにより、各熱電変換素子３の第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの間に電荷（キャリア）の移動が起こる。すなわち、各熱電変換素子３の第１の電極５ａと第２の電極５ｂとの間には、ゼーベック効果による起電力（電圧）が発生する。
【００３８】
ここで、１つの熱電変換素子３で発生する起電力（電圧）は小さいものの、一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間には、第１の熱電変換素子３ａと第２の熱電変換素子３ｂとが交互に直列に接続されている。したがって、これら一方の端子４ａと他方の端子４ｂとの間からは、その総和の起電力として、比較的高い電圧を取り出すことが可能である。
【００３９】
本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された伝熱部６２を介して伝熱部材６Ａと熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、伝熱部材６Ａの離間部６１は、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【００４０】
この構成の場合、図５に模式的に示すように、伝熱部材６Ａの熱電変換素子３と対向する側とは反対側の面（以下、受熱面Ｔという。）側に熱源Ｗを配置する。このとき、伝熱部６２において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の温接点となる第２の電極５ｂまでの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈが第２の電極５ｂ側へと伝わり易くなる（図５中に示す破線の矢印を参照。）。
【００４１】
一方、離間部６１において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の冷接点となる第１の電極５ａまでの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈが第１の電極５ａ側へと伝わり難くなる（図５中に示す破線の矢印を参照。）。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【００４２】
さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、上述した伝熱部材６Ａと各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に減圧された空間Ｋが設けられている。この空間Ｋは、熱源Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈを各熱電変換素子３及び第１の電極５ａと離間部６１との間で遮断（断熱）する機能を有している。これにより、離間部６１において、熱源Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈが第１の電極５ａ側へと更に伝わり難くなるため、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。
【００４３】
以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ａでは、熱源Ｗから伝熱部材６Ａに伝わる熱Ｈを熱電変換素子３の温接点側へと効率良く伝えることができ、この熱電変換装置１Ａの熱電変換特性を向上させることが可能である。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図６〜図９に示す熱電変換装置１Ｂについて説明する。なお、図６は、熱電変換装置１Ｂの概略構成を示す透視平面図である。図７は、図６中に示す線分Ａ２−Ａ２’による熱電変換装置１Ｂの断面図である。図８は、図６中に示す線分Ｂ２−Ｂ２’による熱電変換装置１Ｂの断面図である。図９は、図６中に示す線分Ｃ２−Ｃ２’による熱電変換装置１Ｂの断面図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００４５】
本実施形態の熱電変換装置１Ｂは、図６〜図９に示すように、上記熱電変換装置１Ａが備える伝熱部材６Ａの代わりに、複数（本実施形態では２個）の伝熱層８，９を積層した伝熱部材６Ｂを備えている。また、基板２の第１の面２ａ側には、少なくとも各第２の電極５ｂの面上を除く各熱電変換素子３及び第１の電極５ａの面上を覆う保護層１０が設けられている。
【００４６】
伝熱部材６Ｂは、第１の伝熱層８と第２の伝熱層９とが、この順で積層された構造を有している。このうち、第１の伝熱層８には、例えば、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)や酸化シリコン(ＳｉＯ２)、窒化シリコン(ＳｉＮ)などの空気よりも熱伝導率の高い材料が用いられている。一方、第２の伝熱層９には、第１の伝熱層８よりも熱伝導率が高い材料として、例えば、アルミニウム(Ａｌ)や銅(Ｃｕ)などの金属材料が用いられている。保護層１０には、第１の伝熱層８と同様に、例えば、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)や酸化シリコン(ＳｉＯ２)、窒化シリコン(ＳｉＮ)などの絶縁材料が用いられている。
【００４７】
第１の伝熱層８は、各第２の電極５ｂに対応した位置に開口部８ａを有して、この開口部８ａの周囲が基板２側に傾斜しながら保護層１０と突き合わされている。これにより、第１の伝熱層８の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に間隔Ｓを設けて配置されている。したがって、離間部６１では、第１の伝熱層８が第２の伝熱層９よりも熱電変換素子３側に位置している。
【００４８】
また、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱層８の外周部が基板２側に傾斜しながら保護層１０と突き合わされている。これにより、基板２と第１の伝熱層８（伝熱部材６Ｂ）との間が封止されている。
【００４９】
さらに、封止された基板２と第１の伝熱層８（伝熱部材６Ｂ）との間には、減圧された空間Ｋが設けられている。これにより、熱電変換装置１Ｂは、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａと第１の伝熱層８（離間部６１）との間（上記間隔Ｓに対応した位置）に、減圧された空間Ｋを有している。
【００５０】
第２の伝熱層９は、第１の伝熱層８の面上を覆うと共に、開口部８ａを通して各第２の電極５ｂと突き合わされている。これにより、第２の伝熱層９は、第１の伝熱層８の面上を覆う位置（上記間隔Ｓに対応した位置）において、離間部６１の一部を形成している。また、第２の伝熱層９の一部は、各熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、各熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された複数の伝熱部６２を形成している。また、各伝熱部６２の先端は、絶縁層（図示せず。）を介して各第２の電極５ｂとは電気的に絶縁された状態で熱的に接合されている。
【００５１】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された伝熱部６２を介して第２の伝熱層９（伝熱部材６Ｂ）と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱層８の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【００５２】
この構成の場合、伝熱部材６Ｂの熱電変換素子３と対向する側とは反対側の面（受熱面Ｔ）側に熱源Ｗを配置する。なお、図６〜図９において、受熱面Ｔ及び熱源Ｗの図示を省略するものとする。このとき、伝熱部６２において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の温接点となる第２の電極５ｂまでの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈが第２の電極５ｂ側へと伝わり易くなる。
【００５３】
一方、離間部６１において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の冷接点となる第１の電極５ａまでの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈが第１の電極５ａ側へと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【００５４】
また、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第１の伝熱層８よりも熱伝導率が高い第２の伝熱層９により伝熱部６２を形成し、第２の伝熱層９よりも熱伝導率が低い第１の伝熱層８により離間部６１を形成している。この構成の場合、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈを温接点となる第２の電極５ｂ側へと効率良く伝えることが可能である。
【００５５】
さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上述した第１の伝熱層８（伝熱部材６Ｂ）と各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に減圧された空間Ｋが設けられている。この空間Ｋは、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈを各熱電変換素子３及び第１の電極５ａと第１の伝熱層８（離間部６１）との間で遮断（断熱）する機能を有している。これにより、離間部６１において、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈが第１の電極５ａ側へと更に伝わり難くなるため、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。
【００５６】
以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｂでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、熱源Ｗから伝熱部材６Ｂに伝わる熱Ｈを熱電変換素子３の温接点側へと効率良く伝えることができ、この熱電変換装置１Ｂの熱電変換特性を向上させることが可能である。
【００５７】
次に、上記熱電変換装置１Ｂの製造方法について、図１０〜図１８を参照して説明する。なお、図１０〜図１８は、上記熱電変換装置１Ｂの製造工程を順に説明するための図６中に示す線分Ａ２−Ａ２’に対応した断面図である。
【００５８】
上記熱電変換装置１Ｂを製造する際は、内部が減圧された雰囲気とされたチャンバ内において、先ず、図１０に示すように、基板２の第１の面２ａ上に、第１の熱電変換素子３ａとなるｎ型熱電変換膜を成膜した後、フォトレジストを用いたパターンエッチングによって、このｎ型熱電変換膜を選択的に除去する。これにより、第１の方向に一定の間隔で並ぶ複数の第１の熱電変換素子３ａを形成する。同様に、基板２の第１の面２ａ上に、第２の熱電変換素子３ｂとなるｐ型熱電変換膜を成膜した後、フォトレジストを用いたパターンエッチングによって、このｐ型熱電変換膜を選択的に除去する。これにより、複数の第１の熱電変換素子３ａの各間において、第１の方向に一定の間隔で並ぶ複数の第２の熱電変換素子３ｂを形成する。
【００５９】
次に、図１１に示すように、基板２の第１の面２ａ上に、導電性下地膜を成膜した後、フォトレジストを用いて、一対の端子４ａ，４ｂ及び複数の電極５に対応した位置に開口部を有するレジストマスクを形成する。そして、電解めっきにより導電膜を成膜した後、レジストマスクと、各熱電変換膜上の導電性下地膜を除去する。これにより、一対の端子４ａ，４ｂ及び複数の電極５（第１の電極５ａ及び第２の電極５ｂ）を形成する。
【００６０】
次に、図１２に示すように、複数の熱電変換素子３、一対の端子４ａ，４ｂ及び複数の電極５が形成された面上を覆う保護層１０を形成する。
【００６１】
次に、図１３に示すように、保護層１０の面上に、例えばＣＶＤ法によりシリコン(Ｓｉ)膜を成膜した後、フォトレジストを用いて、上記間隔Ｓ（空間Ｋ）に対応した位置にレジストマスクを形成する。そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチングによって、Ｓｉ膜を選択的に除去した後、レジストマスクを除去する。これにより、上記間隔Ｓ（空間Ｋ）に対応した犠牲層１１を形成する。
【００６２】
次に、図１４に示すように、犠牲層１１が形成された面上を覆う第１の被覆層１２ａを成膜した後に、フォトレジストを用いたパターンエッチングによって、第１の被覆層１２ａを選択的に除去する。これにより、犠牲層１１の面上において複数の開口部８ｂを有する第１の被覆層１２ａを形成する。第１の被覆層１２ａは、上述した第１の伝熱層８となる材料を用いて、ＣＶＤ法やスパッタ法により成膜する。また、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチングによって、第１の被覆層１２ａに複数の開口部１２ｂを形成する。
【００６３】
次に、図１５に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチングによって、複数の開口部１２ｂを通して犠牲層１１を除去する。
【００６４】
次に、図１６に示すように、第１の被覆層１２ａが形成された面上を覆う第２の被覆層１２ｃを成膜する。第２の被覆層１２ｃは、上述した第１の伝熱層８となる材料を用いて、ＣＶＤ法やスパッタ法により成膜する。これにより、複数の開口部１２ｂが第２の被覆層１２ｃにより閉塞された状態となり、第１の被覆層１２ａ及び第２の被覆層１２ｃからなる第１の伝熱層８が形成される。また、第１の伝熱層８と保護層１０との間に上記間隔Ｓに対応した空間Ｋが形成される。
【００６５】
次に、図１７に示すように、フォトレジストを用いて、各第２の電極５ｂに対応した位置に開口部を有するレジストマスクを形成する。そして、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチングによって、第１の被覆層１２ａ及び第２の被覆層１２ｃを選択的に除去した後、レジストマスクを除去する。これにより、第１の伝熱層８の各第２の電極５ｂに対応した位置に開口部８ａを形成する。
【００６６】
次に、図１８に示すように、第１の伝熱層８が形成された面上に、導電性下地膜を成膜した後、フォトレジストを用いて、上記第２の伝熱層９に対応した位置に開口部を有するレジストマスクを形成する。そして、電解めっきにより金属膜を成膜した後、レジストマスクを除去する。これにより、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａとの間に間隔Ｓを設けて配置される離間部６１と、開口部８ａを通して各第２の電極５ｂと突き合わされた複数の伝熱部６２とを含む第２の伝熱層９を形成した後、レジストマスクを除去する。
【００６７】
本実施形態によれば、上述した内部が減圧された雰囲気とされたチャンバ内で伝熱部材６Ｂを形成することによって、各熱電変換素子３及び第１の電極５ａと、第１の伝熱層８及び第２の伝熱層９により形成される伝熱部材６Ｂとの間（上記間隔Ｓに対応した領域）に、減圧された空間Ｋを形成することが可能である。
【００６８】
なお、上記図１７に示す工程では、第２の伝熱層９により形成される伝熱部６２の先端が第２の電極５ｂと電気的に絶縁された状態で突き合わされるように、開口部８ａの形成位置において、保護層１０の一部を上記絶縁層として残すことも可能である。
【００６９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図１９〜図２２に示す熱電変換装置１Ｃについて説明する。なお、図１９は、熱電変換装置１Ｃの概略構成を示す透視平面図である。図２０は、図１９中に示す線分Ａ３−Ａ３’による熱電変換装置１Ｃの断面図である。図２１は、図１９中に示す線分Ｂ３−Ｂ３’による熱電変換装置１Ｃの断面図である。図２２は、図１９中に示す線分Ｃ３−Ｃ３’による熱電変換装置１Ｃの断面図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００７０】
本実施形態の熱電変換装置１Ｃは、図１９〜図２２に示すように、基板２の面上に並んで配置された複数（本実施形態では２０個）の熱電変換素子３を一対の端子４ｃ，４ｄの間で直列に接続した構造を有している。
【００７１】
複数の熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ側の面内（特定の面内）において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向と第２の方向とに並んで設けられている。なお、本実施形態では、第１の方向に５つの熱電変換素子３と、第２の方向に４つの熱電変換素子３とが並んで設けられている。また、各熱電変換素子３は、平面視で互いに同じ大きさで円形状に形成されている。
【００７２】
複数の熱電変換素子３は、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか一方（本実施形態ではｎ型半導体）からなる第１の熱電変換素子（一方の熱電変換素子）３ｃと、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか他方（本実施形態ではｐ型半導体）からなる第２の熱電変換素子（他方の熱電変換素子）３ｄとが、第１の方向及び第２の方向において交互に並んで配置された構成を有している。なお、第１の熱電変換素子３ｃには、上記第１の熱電変換素子３ａと同じものを用い、第１の熱電変換素子３ｃには、上記第２の熱電変換素子３ｂと同じものを用いることができる。
【００７３】
本実施形態の熱電変換装置１Ｃは、複数の熱電変換素子３のうち、第２の方向において隣り合う第１の熱電変換素子３ｃと第２の熱電変換素子３ｄとを電気的に接続する複数（本実施形態では１０個）の下部電極１３を備えている。
【００７４】
各下部電極１３は、第２の方向において隣り合う第１の熱電変換素子３ｃ及び第２の熱電変換素子３ｄの外周部に接触した状態で、これら第１及び第２の熱電変換素子３ｃ，３ｄの周囲を囲むように形成されている。また、各下部電極１３は、平面視で互いに同じ大きさで、その外形が矩形状（本実施形態では長方形状）となるように形成されている。なお、下部電極１３には、上記電極５と同じものを用いることができる。
【００７５】
本実施形態の熱電変換装置１Ｃは、複数の熱電変換素子３と熱的に接合された伝熱部材６Ｃを備えている。伝熱部材６Ｃは、第１の伝熱層１４と、複数（本実施形態では１１個）の第２の伝熱層１５とが、この順で積層された構造を有している。このうち、第１の伝熱層１４には、上記第１の伝熱層８と同じものを用い、第２の伝熱層１５には、上記第２の伝熱層９と同じものを用いることができる。
【００７６】
すなわち、本実施形態の伝熱部材６Ｃにおいて、第２の伝熱層１５は、第１の伝熱層１４よりも熱伝導率が高くなっている。また、第１の伝熱層１４は絶縁性を有し、第２の伝熱層１５は導電性を有している。
【００７７】
第１の伝熱層１４は、各熱電変換素子３の中央部に対応した位置に開口部１４ａを有して、この開口部１４ａの周囲が基板２側に傾斜しながら熱電変換素子３と突き合わされている。これにより、第１の伝熱層１４の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１３との間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【００７８】
また、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱層１４の外周部が基板２側に傾斜しながら第１の面２ａと突き合わされている。これにより、基板２と第１の伝熱層１４（伝熱部材６Ｃ）との間が封止されている。
【００７９】
さらに、封止された基板２と第１の伝熱層１４（伝熱部材６Ｃ）との間には、減圧された空間Ｋが設けられている。これにより、熱電変換装置１Ｃは、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１３と第１の伝熱層１４（離間部６１）との間（上記間隔Ｓに対応した位置）に、減圧された空間Ｋを有している。
【００８０】
複数の第２の伝熱層１５は、第１の伝熱層１４の面上に配置されると共に、各開口部１４ａを通して各熱電変換素子３の中央付近と突き合わされている。これにより、第２の伝熱層１５は、第１の伝熱層１４の面上を覆う位置（上記間隔Ｓに対応した位置）において、離間部６１の一部を形成している。また、第２の伝熱層１５の一部は、各熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、各熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された複数の伝熱部６２を形成している。そして、第２の伝熱層１５（伝熱部材６Ｃ）は、この伝熱部６２を介して熱電変換素子３の中央付近と熱的に接合されている。
【００８１】
また、複数の第２の伝熱層１５は、下部電極１３を介して電気的に接続された第１の熱電変換素子３ｃ及び第２の熱電変換素子３ｄを１つのセル３０として、互いに隣り合うセル３０の間を伝熱部６２を介して電気的に接続する上部電極を構成している。
【００８２】
具体的に、複数の第２の伝熱層１５のうち、８つの第２の伝熱層１５は、第１の方向において隣り合う複数（本実施形態では５個）のセル３０の第１の熱電変換素子３ｃと第２の熱電変換素子３ｄとの間を交互（互い違い）に電気的に接続する第１の上部電極１６ａを構成している。
【００８３】
一方、１つの第２の伝熱層１５は、第２の方向において隣り合うセル３０のうち、第１の方向の最も一端側（−Ｘ側）に位置して隣り合うセル３０の第１の熱電変換素子３ｃと第２の熱電変換素子３ｄとの間を電気的に接続する第２の上部電極１６ｂを構成している。
【００８４】
一方、２つの第２の伝熱層１５は、第２の方向において隣り合うセル３０のうち、第１の方向の最も他端側（＋Ｘ側）に位置して隣り合うセル３０の第１の熱電変換素子３ｃと第２の熱電変換素子３ｄとの一方と電気的に接続された第３の上部電極１６ｃを構成している。
【００８５】
これら第１、第２及び第３の上部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（第２の伝熱層１５）は、それぞれの方向に亘って、平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。また、各上部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、伝熱部６２を介して各熱電変換素子３の中央付近と電気的に接続されている。
【００８６】
これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｃは、各下部電極１３及び各上部電極１６ａ，１６ｂ，１６ｃ（第２の伝熱層１５）を介して第１の熱電変換素子３ｃと第２の熱電変換素子３ｄとが交互に直列に接続された構造となっている。
【００８７】
このうち、ｎ型半導体からなる第１の熱電変換素子３ｃでは、冷接点となる各下部電極１３側から温接点となる各上部電極１６ａ，１６ａ，１６ｃ（第２の伝熱層１５）側に向けて電流が流れる。したがって、第１の熱電変換素子３ｃには、この第１の熱電変換素子３ｃの外周側から中央側に向けて電流が流れることになる。
【００８８】
一方、ｐ型半導体からなる第２の熱電変換素子３ｄでは、温接点となる各上部電極１６ａ，１６ａ，１６ｃ（第２の伝熱層１５）側から冷接点となる各下部電極１３側に向けて電流が流れる。したがって、第２の熱電変換素子３ｄには、この第２の熱電変換素子３ｄの中央側から外周側に向けて電流が流れることになる。
【００８９】
一対の端子４ｃ，４ｄのうち、一方の端子４ｃは、一方の第３の上部電極１６ｃと電気的に接続され、他方の端子４ｄは、他方の第３の上部電極１６ｃと電気的に接続されている。なお、一対の端子４ｃ，４ｄには、上記電極５と同じものを用いることができる。
【００９０】
一対の端子４ｃ，４ｄは、第１の伝熱層１４の面上に配置されて、基板２と第１の伝熱層１４（伝熱部材６Ｃ）との封止された位置よりも外側へと引き延ばされた状態で設けられている。
【００９１】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された伝熱部６２を介して第２の伝熱層１５（伝熱部材６Ｃ）と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱層１４の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１３との間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【００９２】
この構成の場合、伝熱部材６Ｃの熱電変換素子３と対向する側とは反対側の面（受熱面Ｔ）側に熱源Ｗを配置する。なお、図１９〜図２２において、受熱面Ｔ及び熱源Ｗの図示を省略するものとする。このとき、伝熱部６２において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の温接点となる中央付近までの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈが熱電変換素子３の中央付近へと伝わり易くなる。
【００９３】
一方、離間部６１において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の冷接点となる外周付近までの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈが熱電変換素子３の外周付近へと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【００９４】
また、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第１の伝熱層１４よりも熱伝導率が高い第２の伝熱層１５により伝熱部６２を形成し、第２の伝熱層１５よりも熱伝導率が低い第１の伝熱層１４により離間部６１を形成している。この構成の場合、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈを温接点となる熱電変換素子３の中央付近へと効率良く伝えることが可能である。
【００９５】
さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上述した第１の伝熱層１４（伝熱部材６Ｃ）と各熱電変換素子３の一部及び下部電極１３との間に減圧された空間Ｋが設けられている。この空間Ｋは、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈを各熱電変換素子３の外周付近と第１の伝熱層１４（離間部６１）との間で遮断（断熱）する機能を有している。これにより、離間部６１において、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈが各熱電変換素子３の外周付近へと更に伝わり難くなるため、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。
【００９６】
以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｃでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、熱源Ｗから伝熱部材６Ｃに伝わる熱Ｈを熱電変換素子３の温接点側へと効率良く伝えることができ、この熱電変換装置１Ｃの熱電変換特性を向上させることが可能である。
【００９７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態として、例えば図２３〜図２６に示す熱電変換装置１Ｄについて説明する。なお、図２３は、熱電変換装置１Ｄの概略構成を示す透視平面図である。図２４は、図２３中に示す線分Ａ４−Ａ４’による熱電変換装置１Ｄの断面図である。図２５は、図２３中に示す線分Ｂ４−Ｂ４’による熱電変換装置１Ｄの断面図である。図２６は、図２３中に示す線分Ｃ４−Ｃ４’による熱電変換装置１Ｄの断面図である。また、以下の説明では、上記熱電変換装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００９８】
本実施形態の熱電変換装置１Ｄは、図２３〜図２６に示すように、基板２の面上に並んで配置された複数（本実施形態では２０個）の熱電変換素子３を一対の端子４ｅ，４ｆの間で並列に接続した構造を有している。
【００９９】
複数の熱電変換素子３は、基板２の第１の面２ａ側の面内（特定の面内）において互いに交差（本実施形態では直交）する第１の方向と第２の方向とに並んで設けられている。なお、本実施形態では、第１の方向に５つの熱電変換素子３と、第２の方向に４つの熱電変換素子３とが並んで設けられている。また、各熱電変換素子３は、平面視で互いに同じ大きさで円形状に形成されている。また、複数の熱電変換素子３は、ｐ型半導体とｎ型半導体との何れか一方からなる。なお、各熱電変換素子３には、上記第１の熱電変換素子３ａ又は第２の熱電変換素子３ｂと同じものを用いることができる。
【０１００】
本実施形態の熱電変換装置１Ｄは、複数の熱電変換素子３を電気的に接続する下部電極１７を備えている。下部電極１７は、各熱電変換素子３の外周部に接触した状態で、これら熱電変換素子３の周囲を囲むように形成されている。また、下部電極１７は、その外形が平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）となるように形成されている。なお、下部電極１７には、上記電極５と同じものを用いることができる。
【０１０１】
本実施形態の熱電変換装置１Ｄは、複数の熱電変換素子３と熱的に接合された伝熱部材６Ｄを備えている。伝熱部材６Ｄは、第１の伝熱層１８と第２の伝熱層１９とが、この順で積層された構造を有している。このうち、第１の伝熱層１８には、上記第１の伝熱層８と同じものを用い、第２の伝熱層１９には、上記第２の伝熱層９と同じものを用いることができる。
【０１０２】
すなわち、本実施形態の伝熱部材６Ｄにおいて、第２の伝熱層１９は、第１の伝熱層１８よりも熱伝導率が高くなっている。また、第１の伝熱層１８は絶縁性を有し、第２の伝熱層１９は導電性を有している。
【０１０３】
第１の伝熱層１８は、各熱電変換素子３の中央部に対応した位置に開口部１８ａを有して、この開口部１８ａの周囲が基板２側に傾斜しながら熱電変換素子３と突き合わされている。これにより、第１の伝熱層１８の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１７との間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【０１０４】
また、複数の熱電変換素子３の周囲よりも外側において、第１の伝熱層１８の外周部が基板２側に傾斜しながら第１の面２ａと突き合わされている。これにより、基板２と第１の伝熱層１８（伝熱部材６Ｄ）との間が封止されている。
【０１０５】
さらに、封止された基板２と第１の伝熱層１８（伝熱部材６Ｄ）との間には、減圧された空間Ｋが設けられている。これにより、熱電変換装置１Ｄは、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１３と第１の伝熱層１８（離間部６１）との間（上記間隔Ｓに対応した位置）に、減圧された空間Ｋを有している。
【０１０６】
第２の伝熱層１９は、第１の伝熱層１８の面上に配置されると共に、下部電極１７と平面視で重なるように、平面視で矩形状（本実施形態では長方形状）に形成されている。第２の伝熱層１９は、各開口部１８ａを通して各熱電変換素子３の中央付近と突き合わされている。
【０１０７】
これにより、第２の伝熱層１９は、第１の伝熱層１８の面上を覆う位置（上記間隔Ｓに対応した位置）において、離間部６１の一部を形成している。また、第２の伝熱層１９の一部は、各熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、各熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された複数の伝熱部６２を形成している。そして、第２の伝熱層１９（伝熱部材６Ｄ）は、この伝熱部６２を介して熱電変換素子３の中央付近と熱的に接合されている。
【０１０８】
また、第２の伝熱層１９は、複数の熱電変換素子３を電気的に接続する上部電極を構成している。すなわち、この第２の伝熱層（上部電極）１９は、伝熱部６２を介して各熱電変換素子３の中央付近と電気的に接続されている。
【０１０９】
これにより、本実施形態の熱電変換装置１Ｄは、下部電極１７及び第２の伝熱層（上部電極）１９を介して複数の熱電変換素子３が互いに並列に接続された構造となっている。
【０１１０】
ここで、熱電変換素子３がｎ型半導体からなる場合には、冷接点となる下部電極１７側から温接点となる第２の伝導層（上部電極）１９側に向けて電流が流れる。したがって、各熱電変換素子３には、この熱電変換素子３の外周側から中央側に向けて電流が流れることになる。一方、熱電変換素子３がｐ型半導体からなる場合には、温接点となる第２の伝導層（上部電極）１９側から冷接点となる下部電極１７側に向けて電流が流れる。したがって、各熱電変換素子３には、この熱電変換素子３の外周側から中央側に向けて電流が流れることになる。
【０１１１】
一対の端子４ｅ，４ｆのうち、一方の端子４ｅは、下部電極１７と電気的に接続され、他方の端子４ｆは、第２の伝熱層（上部電極）１９と電気的に接続されている。なお、一対の端子４ｅ，４ｆには、上記電極５と同じものを用いることができる。
【０１１２】
一方の端子４ｅは、基板２の第１の面２ａ上に配置されて、基板２と第１の伝熱層１８（伝熱部材６Ｄ）との封止された位置よりも外側へと引き延ばされた状態で設けられている。他方の端子４ｆは、第１の伝熱層１８の面上に配置されて、基板２と第１の伝熱層１８（伝熱部材６Ｄ）との封止された位置よりも外側へと引き延ばされた状態で設けられている。
【０１１３】
以上のような構成を有する本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した熱電変換素子３と対向する側とは反対側の一部が凹んだ状態で、熱電変換素子３と対向する側に向かって突出された伝熱部６２を介して第２の伝熱層１９（伝熱部材６Ｄ）と熱電変換素子３とが熱的に接合されている。一方、第１の伝熱層１８の一部は、離間部６１として、各熱電変換素子３の一部及び下部電極１７との間に間隔Ｓを設けて配置されている。
【０１１４】
この構成の場合、伝熱部材６Ｄの熱電変換素子３と対向する側とは反対側の面（受熱面Ｔ）側に熱源Ｗを配置する。なお、図２３〜図２６において、受熱面Ｔ及び熱源Ｗの図示を省略するものとする。このとき、伝熱部６２において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の温接点となる中央付近までの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈが熱電変換素子３の中央付近へと伝わり易くなる。
【０１１５】
一方、離間部６１において、受熱面Ｔから熱電変換素子３の冷接点となる外周付近までの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈが熱電変換素子３の外周付近へと伝わり難くなる。これにより、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【０１１６】
また、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した第１の伝熱層１８よりも熱伝導率が高い第２の伝熱層１９により伝熱部６２を形成し、第２の伝熱層１９よりも熱伝導率が低い第１の伝熱層１８により離間部６１を形成している。この構成の場合、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈを温接点となる熱電変換素子３の中央付近へと効率良く伝えることが可能である。
【０１１７】
さらに、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上述した第１の伝熱層１８（伝熱部材６Ｄ）と各熱電変換素子３の一部及び下部電極１７との間に減圧された空間Ｋが設けられている。この空間Ｋは、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈを各熱電変換素子３の外周付近と第１の伝熱層１８（離間部６１）との間で遮断（断熱）する機能を有している。これにより、離間部６１において、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈが各熱電変換素子３の外周付近へと更に伝わり難くなるため、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で温度差を拡大しながら、更に高い出力を得ることが可能である。
【０１１８】
以上のように、本実施形態の熱電変換装置１Ｄでは、上記熱電変換装置１Ａと同様に、熱源Ｗから伝熱部材６Ｄに伝わる熱Ｈを熱電変換素子３の温接点側へと効率良く伝えることができ、この熱電変換装置１Ｄの熱電変換特性を向上させることが可能である。
【０１１９】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記熱電変換装置１Ａ〜１Ｄでは、伝熱部材６Ａ〜６Ｄの熱電変換素子３と対向する側とは反対側の面を受熱面Ｔとした場合を例示しているが、この受熱面Ｔを放熱面とし、冷却媒体などによって放熱面側を冷却するようにしてもよい。
【０１２０】
この場合、上記熱電変換装置１Ａ，１Ｂでは、伝熱部６２において、伝熱部材６Ａ，６Ｂの放熱面から熱電変換素子３の冷接点となる第２の電極５ｂまでの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、この第２の電極５ｂ側における放熱性が相対的に高くなる。
【０１２１】
一方、離間部６１において、伝熱部材６Ａ，６Ｂの放熱面から熱電変換素子３の温接点となる第１の電極５ａまでの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、この第１の電極５ａ側における放熱性が相対的に低くなる。したがって、この場合も、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【０１２２】
また、上記熱電変換装置１Ｃ，１Ｄでは、伝熱部６２において、伝熱部材６Ｃ，６Ｄの放熱面から熱電変換素子３の冷接点となる熱電変換素子３の中央付近までの厚み方向の距離が相対的に短くなることで、この熱電変換素子３の中央付近における放熱性が相対的に高くなる。
【０１２３】
一方、離間部６１において、伝熱部材６Ｃ，６Ｄの放熱面から熱電変換素子３の温接点となる熱電変換素子３の外周付近までの厚み方向の距離が相対的に長くなることで、この熱電変換素子３の外周付近における放熱性が相対的に低くなる。したがって、この場合も、各熱電変換素子３の温接点と冷接点との間で大きな温度差を得ることによって、高い出力を得ることが可能である。
【０１２４】
なお、上記熱電変換装置１Ａ〜１Ｄでは、何れも基板２を備えた構成となっているが、基板２が無くても各部の機械的強度が保つことができる構成であれば、基板２を省略した構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１Ａ〜１Ｄ…熱電変換装置  ２…基板  ３…熱電変換素子  ３ａ，３ｃ…第１の熱電変換素子（一方の熱電変換素子）  ３ｂ，３ｄ…第２の熱電変換素子（他方の熱電変換素子）  ４ａ，４ｃ，４ｅ…一方の端子  ４ｂ，４ｄ，４ｆ…他方の端子  ５…電極  ５ａ…第１の電極（一方の電極）  ５ｂ…第２の電極（他方の電極）  ６Ａ〜６Ｄ…伝熱部材  ７…封止材  ８…第１の伝熱層  ８ａ…開口部  ９…第２の伝熱層  １０…保護層  １１…犠牲層  １２ａ…第１の被覆層  １２ｂ…開口部  １２ｃ…第２の被覆層  １３…下部電極  １４…第１の伝熱層  １４ａ…開口部  １５…第２の伝熱層  １６ａ…第１の上部電極  １６ｂ…第２の上部電極  １６ｃ…第３の上部電極  １７…下部電極  １８…第１の伝熱層  １８ａ…開口部  １９…第２の伝熱層（上部電極）  ３０…セル  ６１…離間部  ６２…伝熱部  Ｓ…間隔  Ｋ…空間  Ｔ…受熱面  Ｗ…熱源
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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