(57)【要約】熱電素子およびその方法。熱電素子は、ナノワイヤー、接触層、およびシャントを備える。上記各ナノワイヤーは、第１の端部および第２の端部を有する。上記接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記シャントは、上記接触層に電気的に接続される。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部および第２の端部をそれぞれ有するナノワイヤー、
前記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する接触層、および
前記接触層と電気的にカップリングされたシャントを備え、
前記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う熱電素子。
【請求項２】
上記ナノワイヤーの間に配置される１つ以上の充填材をさらに備え、
前記１つ以上の充填材によって、上記ナノワイヤーは互いに相対的な位置に固定され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】
上記ナノワイヤーの各々は、上記第１の端部に関連付けられる第１のセグメント、および上記第２の端部に関連付けられる第２のセグメントをさらに備え、
前記第２のセグメントは実質的に、上記１つ以上の充填材によって周囲を囲まれ、
前記第１のセグメントは上記１つ以上の充填材から突出し、
上記接触層は、少なくとも上記第１のセグメントのそれぞれを介して上記ナノワイヤーを電気的に接続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４】
上記１つ以上の充填材の各々は、フォトレジスト、スピンオンガラス、スピンオンドーパント、エアロゲル、キセロゲル、窒化物、および酸化物からなる一群から選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする、請求項２に記載の熱電素子。
【請求項５】
上記１つ以上の充填材の各々は、５０ワット毎メートル毎ケルビン未満の熱伝導率を伴うことを特徴とする、請求項２に記載の熱電素子。
【請求項６】
上記第１の端部および上記第２の端部の間の距離は、少なくとも３００μｍ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７】
上記距離は、少なくとも５２５μｍであ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】
上記ナノワイヤーは、０．０１ｍｍ２未満のサイズの面積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９】
上記ナノワイヤーは、１００ｍｍ２のサイズの面積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】
少なくとも、３５０℃より高温の昇華温度および溶解温度を伴う請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１１】
上記溶解温度および上記昇華温度は８００℃より高温であることを特徴とする、請求項１０に記載の熱電素子。
【請求項１２】
上記接触層は、半導体、半金属、および金属からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１３】
上記半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１４】
上記半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１５】
上記金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉからなる一群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の熱電素子。
【請求項１６】
上記接触層は、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１７】
上記シャントは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ、グラファイト、スチール、ニッケルと鉄の合金、および、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１８】
上記シャントは、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項１９】
上記接触層を上記シャントと接続する結合層をさらに備え、
前記結合層は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項２０】
上記結合層は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の熱電素子。
【請求項２１】
上記シャント上に形成される絶縁層をさらに備える請求項１に記載の熱電素子。
【請求項２２】
上記絶縁層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮ、およびＡｌ２Ｏ３からなる一群から選択される１つ以上の材料を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の熱電素子。
【請求項２３】
上記シャントは、上記ナノワイヤーを１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項２４】
上記接触層は、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部とカップリンされる１つ以上の第１の接触材、および
前記１つ以上の第１の接触材を介して上記ナノワイヤーの各々を電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含み、
上記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
上記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項１に記載の熱電素子。
【請求項２５】
上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材と接続する結合層をさらに備え、
前記結合層は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項２４に記載の熱電素子。
【請求項２６】
上記結合層は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の熱電素子。
【請求項２７】
上記第１の接触抵抗率および上記第２の接触抵抗率は、等しいことを特徴とする、請求項２４に記載の熱電素子。
【請求項２８】
上記第１の仕事関数および上記第２の仕事関数は、等しいことを特徴とする、請求項２４に記載の熱電素子。
【請求項２９】
上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は、同一であることを特徴とする、請求項２４に記載の熱電素子。
【請求項３０】
上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は、異なる接触材であることを特徴とする、請求項２４に記載の熱電素子。
【請求項３１】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有するナノワイヤー、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、および
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第２の端部を介して前記ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントとを備える第２の電極構造を備え、
前記ナノワイヤーの全ては、実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第２の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第２の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う熱電素子。
【請求項３２】
上記第１の接触を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備え、
前記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第１のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第２のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
【請求項３３】
上記第１の接触層は、
上記各ナノワイヤーの少なくとも上記第１の端部と電気的にカップリングされる１つ以上の第１の接触材、および
少なくとも前記１つ以上の接触材を介して上記ナノワイヤーの各々を電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含み、
上記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第３の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
上記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第３の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の接触材は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
【請求項３４】
上記第１のシャントは、上記各ナノワイヤーにおける上記第１の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
【請求項３５】
上記第２のシャントは、上記各ナノワイヤーにおける上記第２の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の熱電素子。
【請求項３６】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有する第１のナノワイヤー、
上記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、および
上記各第２のナノワイヤーにおける少なくとも前記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントとを備える第２の電極構造を備える熱電素子であって、
前記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴い、
前記第２の端部は前記第４の端部と電気的にカップリングされる、熱電素子。
【請求項３７】
第１の側およびその反対側の第２の側を有する１つ以上の結合材をさらに備え、
前記第１の側は前記第２の側と電気的にカップリングされ、
前記第２の側は上記第４の端部と電気的にカップリングされ、
前記１つ以上の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項３６に記載の熱電素子。
【請求項３８】
上記１つ以上の結合材は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択されることを特徴とする、請求項３７に記載の熱電素子。
【請求項３９】
上記第１の接触を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備え、
前記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第１のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第２のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項３６に記載の熱電素子。
【請求項４０】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有し、基板の第１の側と関連付けられる第１のナノワイヤー、
上記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントとを備える第１の電極構造、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、前記基板の前記第１の側の反対側の第２の側に関連付けられる、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、および
上記各第２のナノワイヤーにおける少なくとも前記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層と、前記第２の接触層に電気的に接続する第２のシャントとを備える第２の電極構造を備える熱電素子であって、
前記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う、熱電素子。
【請求項４１】
上記第１の接触を上記第１のシャントと接続する１つ以上の第１の結合材と、
上記第２の接触を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材とをさらに備え、
前記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第１のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲の第２のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項４０に記載の熱電素子。
【請求項４２】
第１の端部および第２の端部をそれぞれ有するナノワイヤーを形成する工程、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する接触層を堆積させる工程、および
前記接触層に電気的にカップリングされるシャントを形成する工程を備える熱電素子の作製方法であって、
前記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う熱電素子の製造方法。
【請求項４３】
１つ以上の結合材を用いて上記接触層を上記シャントに結合させる工程をさらに備える請求項４２に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項４４】
上記シャント上に絶縁層を形成する工程をさらに備える請求項４２に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項４５】
上記接触層を堆積させる工程は、
上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部の上に、１つ以上の第１の接触材を堆積させる工程、および
少なくとも前記１つ以上の第１の接触材を介して上記ナノワイヤーのそれぞれを電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を堆積させる工程を備え、
前記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記１つ以上の第１の接触材の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴い、
前記１つ以上の第２の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項４２に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項４６】
上記接触層を形成する工程は、１つ以上の結合材を用いて上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材と結合させる工程をさらに備える、請求項４５に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項４７】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有するナノワイヤーを形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程と、前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを形成する工程とを備える工程、および
第２の電極構造を形成する工程であって、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも前記第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを形成する工程とを備える工程を備える、熱電素子の製造方法であって、
前記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第２の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第２の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う、熱電素子の製造方法。
【請求項４８】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有する第１のナノワイヤーを形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、上記第１のナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層と、前記第１の接触層に電気的に接続される第１のシャントとを堆積させる工程とを備える工程、および
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有する第２のナノワイヤーを形成する工程、
第２の電極構造を形成する工程であって、上記第２のナノワイヤーにおける少なくとも前記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、前記第２の接触層に電気的に接続される第２のシャントを形成する工程とを備える工程、および
前記第２の端部を前記第４の端部と電気的に接続する工程を備える、熱電素子の製造方法であって、
前記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う、熱電素子の製造方法。
【請求項４９】
上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する上記工程は、第１の側およびその反対側の第２の側を有する１つ以上の結合材を用いて上記第２の端部を上記第４の端部と結合させる工程を備え、
前記第１の側は上記第２の端部と電気的に接続され、
前記第２の側は上記第４の端部と電気的に接続され、
前記１つ以上の結合材は、１０−１０Ω毎平方〜１０Ω毎平方の範囲のシート抵抗、および、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴うことを特徴とする、請求項４８に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項５０】
第５の端部およびその反対側の第６の端部をそれぞれ有する第３のナノワイヤーを形成する工程をさらに備え、
上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する上記工程は、
１つ以上の第１の結合材を用いて上記第２の端部を前記第５の端部と結合させる工程、および
１つ以上の第２の結合材を用いて上記第４の端部を前記第６の端部と結合させる工程を備え、
前記第３のナノワイヤーの全ては、実質的に互いに並行であることを特徴とする、請求項４８に記載の熱電素子の製造方法。
【請求項５１】
第１の端部およびその反対側の第２の端部をそれぞれ有し、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤーを形成する工程、
第１の電極構造を形成する工程であって、前記各第１のナノワイヤーにおける少なくとも前記第１の端部を介して該第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程と、前記第１の接触層に電気的に接続される第１のシャントを形成する工程とを備える工程、
第３の端部およびその反対側の第４の端部をそれぞれ有し、前記基板の前記第１の側の反対側の第２の側に関連付けられる、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤーを形成する工程、および
第２の電極構造を形成する工程であって、前記第２のナノワイヤーにおける少なくとも前記第３の端部を介して該第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程と、前記第２の接触層に電気的に接続される第２のシャントを形成する工程とを備える工程、を備える熱電素子の製造方法であって、
前記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第１の端部および前記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴い、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲であり、
前記第３の端部および前記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満であり、
前記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う、熱電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本願は、同一出願人による米国仮出願第６１／４３８，７０９号（出願日：２０１１年２月２日）に優先権を主張するものであり、この米国仮出願を参照することによりその開示内容を全ての目的のために援用する。本出願はまた、米国特許出願第１３／３３１，７６８号（出願日：２０１１年１２月２０日）の一部継続出願でもある。なお、上記米国出願は、同一出願人による米国仮出願第６１／４２５，３６２号（出願日：２０１０年１２月２１日）に優先権を主張するものであり、この米国仮出願を参照することによりその開示内容を全ての目的のために援用する。
【０００２】
本出願はさらに、米国特許出願第１３／２９９，１７９号および第１３／３０８，９４５号に関連するものであり、これら米国特許出願を参照することによりそれらの開示内容を全ての目的のために援用する。
【０００３】
〔連邦政府後援の研究開発の下でなされた発明に対する権利に関する声明〕
本願に記載の研究は、米国陸軍中小企業革新技術研究契約（ＵＳ Ａｒｍｙ ＳＢＩＲ ｃｏｎｔｒａｃｔ）第Ｗ９１１ＱＹ１０−Ｃ−００６３号および第Ｗ１１ＱＹ−１１−Ｃ−００２７号により一部支援されたものである。したがって、発明の特定の権利については、米国連邦政府に帰属するものとする。
【０００４】
〔背景技術〕
本発明はナノ構造に関する。より詳細には、本発明はナノ構造アレイ用の電極構造およびその方法を提供する。本発明は単なる一例として、１つ以上の充填材によって埋め込まれ、熱電素子用の電極構造を設けられたナノ構造アレイに適用される。しかし、本発明はより広範囲に適用可能であり、その適用可能な範囲は、太陽熱発電、電池電極および／またはエネルギー貯蔵、触媒作用、および／または発光ダイオードへの使用を含むが、これに限定されないことが理解されるであろう。
【０００５】
熱電材料は、固形状態で可動部を含まずに、例えば、温度勾配が印加された場合に大量の熱エネルギーを電気に変換すること（例えば、ゼーベック効果）または電解が印加された場合に熱を汲み上げること（例えば、ペルチェ効果）が可能な材料である。半導体の熱機関への適用は数多く存在し、こうした適用は、一次熱または廃熱に関わらず多様な熱源からの電気の発生だけでなく、空間または対象物（マイクロチップおよびセンサーなど）の冷却を含む。熱電性能を向上させた（例えば、効率、出力密度、または「熱電性能指数」ＺＩ（ここでＺＩはＳ２σ／ｋと等しく、Ｓはゼーベック係数を示し、σは電気伝導率を示し、ｋは熱電材料の熱伝導率を示す））ナノ構造化材料の発展、および、廃熱を電気として回収することでエネルギー効率を向上させるか、または集積回路を冷却することでその性能を向上させるシステムへの増大する必要性を部分的な理由として、熱電材料を備える熱電素子を使用することへの関心は近年高まりを見せている。
【０００６】
熱電技術は、同様のエネルギー発生手段または冷却手段を達成する他の技術と比較した場合に、素子の費用性能比が劣るため、今日に至るまで商業的な利用可能性が限られてきた。軽量で設置面積の小さい対象への適用について、他の技術が熱電素子ほど好適でない場合であっても、熱電素子は、その非常に高額な費用のために制限されることが多い。熱電素子の商業用途での実用性を実現するうえで重要なことは、高性能の熱電材料を含む素子（例えば、モジュール）の製造可能性である。これらのモジュールは、好ましくは、例えば最小限の費用で最大限の性能が確実に得られるように作製される。
【０００７】
現在利用可能な市販の熱電モジュールの熱電材料は通常、テルル化ビスマスまたはテルル化鉛からなるが、これら何れもが有毒であり、作製が難しく、且つ、調達費用および処理費用が高い。エネルギー生成の代替法および微小の冷却性能に対する昨今の強い必要性により、製造性が高く、費用が安く、且つ高性能な熱電技術への要望が高まりを見せている。
【０００８】
熱電素子は多くの場合、電気的に接触したＢｉ２Ｔｅ３およびＰｂＴｅなどの従来の熱電材料から構成される熱電性の枝部に分割され、冷却（例えば、ペルチェ）素子またはエネルギー変換（例えば、ゼーベック）素子に組み立てられる。こうしたことは多くの場合、全ての枝部に渡って温度勾配を同時に確立できるように、直列の電気接続を可能にする一方で、熱的に並列な構成を提供する構成において熱電性の枝部を金属接触に結合させることを伴う。しかし、従来の熱電素子の製造には多くの難点もある。例えば、外部で製造した熱電性の枝部の処理または組み立てに掛かる費用は多くの場合では高額である。従来の処理法または組み立て法を使用した場合では、通常、多くの熱電用途に必要とされる小型の熱電素子を製造することが困難になる。従来の熱電材料は通常、有毒且つ高額である。
【０００９】
ナノ構造は多くの場合において、少なくとも１つの構造の寸法がナノ単位（例えば、０．１ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲）で測定される構造のことを指す。例えばナノワイヤーは、長さについては著しく長くなることもあるが、断面部分の直径がナノスケールで測定されるものとして特徴付けられている。他の例では、ナノチューブ（または中空状のナノワイヤー）は、長さが著しく長くなることがあっても、壁の厚さおよび断面部分の直径がナノ単位で測定されるものとして特徴付けられている。さらに他の例では、ナノ孔は、孔の深さが著しく深くなることがあっても、断面部分の直径がナノ単位で測定される空洞として特徴付けられている。さらに他の例では、ナノメッシュは、ナノワイヤー、ナノチューブ、および／またはナノ孔などのナノメッシュ以外の複数のナノ構造を含むアレイであり、場合によってはこれらナノメッシュ以外の複数のナノ構造が連結されたものである。
【００１０】
ナノ構造に関しては、熱電性能の向上が見込まれてきた。熱電材料を用いてゼロ次元、１次元または２次元のナノ構造の作成は、ある場合では、この熱電材料の熱電子発電効率または冷却効率を向上させることがある。また、他の場合では、熱電材料の熱電子発電効率または冷却効率が、非常に大きく（１００以上の係数）向上することがある。しかし、数多くのナノ構造を含む実際の巨視的熱電素子に要求されるナノ構造の位置合わせ、スケール、および機械的強度には多くの制限がある。シリコンの処理法に類似の方法を用いたナノ構造の処理法は、非常に大きな費用優位をもたらす。例えば、平坦な表面を有するナノ構造アレイの作成は、メタライゼーションのような、二次元半導体プロセスの利用を可能にする。
【００１１】
したがって、熱電素子への使用に好都合な電気特性、熱特性、および機械特性を有する材料から、これらのナノ構造アレイを形成することが大いに望まれている。
【００１２】
〔発明の概要〕
本発明はナノ構造に関する。より詳細には、本発明はナノ構造アレイ用の電極構造およびその方法を提供する。本発明は単なる一例として、１つ以上の充填材によって埋め込まれ、熱電素子用の電極構造を設けられたナノ構造アレイに適用される。しかし、本発明はより広範囲に適用可能であり、その適用可能な範囲は、太陽熱発電、電池電極および／またはエネルギー貯蔵、触媒作用、および／または発光ダイオードへの使用を含むが、これに限定されないことが理解されるであろう。
【００１３】
一実施形態によれば、熱電素子は、ナノワイヤー、接触層、およびシャントを備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部および第２の端部を有する。上記接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記シャントは、上記接触層と電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。
【００１４】
他の実施形態によれば、熱電素子は、ナノワイヤー、第１の電極構造、および第２の電極構造を備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを備える。上記第２の電極構造は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層、および、前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを備える。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。
【００１５】
他の実施形態によれば、熱電素子は、第１のナノワイヤー、第１の電極構造、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、および第２の電極構造を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを備える。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造は、少なくとも上記第２の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層、および前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを備える。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記第２の端部は上記第４の端部と電気的にカップリングされる。
【００１６】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子は、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤー、第１の電極構造、前記基板の第２の側に関連付けられる第２のナノワイヤー、および第２の電極構造を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを備える。上記第２のナノワイヤーは上記第１のナノワイヤーと異なるナノワイヤーである。上記第２の側は上記第１の側の反対側である。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の側およびその反対側の第４の側を有する。上記第２の電極構造は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層、および前記第２の接触層と電気的にカップリングされる第２のシャントを備える。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。
【００１７】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子を製造する方法は、ナノワイヤーを形成する工程、接触層を堆積させる工程、およびシャントを形成する方法を備える。上記ナノワイヤーの各々は第１の端部および第２の端部を有する。上記接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記シャントは上記接触層に電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。
【００１８】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子の製造方法は、ナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、および第２の電極構造を形成する工程を備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造を形成する上記工程は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを形成する工程を備える。上記第２の電極構造を形成する上記工程は、少なくとも上記第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程、および前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを形成する工程を備える。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。
【００１９】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子の製造方法は、第１のナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤーを形成する工程、第２の電極構造を形成する工程、および第２の端部を第４の端部と電気的に接続する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極を形成する上記工程は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを形成する工程を備える。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造を形成する上記工程は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程、および前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを形成する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。
【００２０】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子の製造方法は、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、前記基板の第２の側に関連付けられる第２のナノワイヤーを形成する工程、および第２の電極構造を形成する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造を形成する工程は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する第１の接触層を堆積させる工程、および前記第１の接触層に電気的にカップリングされる第１のシャントを形成する工程を備える。上記第２のナノワイヤーは上記第１のナノワイヤーと異なるナノワイヤーである。上記第２の側は上記第１の側の反対側である。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造を形成する工程は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する第２の接触層を堆積させる工程、および前記第２の接触層に電気的にカップリングされる第２のシャントを形成する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記方法は例えば、図１９の記載にしたがって実行される。
【００２１】
実施形態に応じて、上述の利点の１つ以上が実現される。本発明の上述の利点、およびさらなる多様な目的、特徴、および長所は、以下の発明の詳細な説明および添付の図面を参照することで十分に理解されるであろう。
【００２２】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の一実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２３】
図２は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２４】
図３は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２５】
図４は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２６】
図５は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２７】
図６は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【００２８】
図７Ａは、本発明の一実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【００２９】
図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【００３０】
図８Ａは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【００３１】
図８Ｂは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【００３２】
図９Ａは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【００３３】
図９Ｂは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【００３４】
図１０は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【００３５】
図１１は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する工程を示す略図である。
【００３６】
図１２Ａは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板を用意する工程に用いる基板を示す略図である。
【００３７】
図１２Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、図１１に示すような工程によって形成する基板内のナノ構造アレイを示す略図である。
【００３８】
図１３は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板内のナノ構造アレイを充填する工程を示す略図である。
【００３９】
図１４は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、図１３の工程が形成する基板内の充填したナノ構造アレイの略図である。
【００４０】
図１５は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程を示す略図である。
【００４１】
図１６Ａは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、平坦化工程が形成する基板内の充填および平坦化されたナノ構造アレイの略図である。
【００４２】
図１６Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造セグメントを露出させる工程によって露出セグメントが形成されている、充填および平坦化されたナノ構造アレイの略図である。
【００４３】
図１７Ａは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出前の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。
【００４４】
図１７Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出後の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。
【００４５】
図１８は、本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【００４６】
図１９は、本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【００４７】
図２０は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板の一方の側およびその反対側にナノ構造アレイを形成する工程により基板の一方の側およびその反対側にナノワイヤーアレイを形成した基板の略図である。
【００４８】
図２１Ａおよび２１Ｂは、熱電素子の断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【００４９】
図２２Ａおよび２２Ｂは、断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【００５０】
〔発明を実施するための形態〕
本発明はナノ構造に関する。より詳細には、本発明はナノ構造アレイ用の電極構造およびその方法を提供する。本発明は単に一例として、１つ以上の充填材によって埋め込まれ、熱電素子用の電極構造を設けられたナノ構造アレイに適用される。しかし、本発明はより広範囲に適用可能であり、その適用可能な範囲は、太陽熱発電、電池電極および／またはエネルギー貯蔵、触媒作用、および／または発光ダイオードへの使用を含むが、これに限定されないことが理解されるであろう。
【００５１】
熱電材料は一般に、その物理的形状に基づいて実用性が決定される。例えば、熱電素子の高温側および低温側に配置される熱電材料の表面積が大きくなるほど、出力密度が上昇して、熱伝達および／またはエネルギー伝達をサポートする熱電素子の能力が向上する。熱電素子の高温側および低温側の間の距離を最適な最短距離（すなわち、熱電ナノ構造の長さ）にすることは、熱電素子全体の温度勾配の向上をより良好にサポートするうえで役立つ。これにより出力密度を増大させて、熱伝達および／またはエネルギー伝達をサポートする熱電材料の能力を向上させてもよい。
【００５２】
熱電性のナノ構造の１つの種類は、好適な熱電特性を有するナノワイヤーアレイである。ナノワイヤーを使用することで有利な熱電特性を得ることが可能であるものの、従来のナノワイヤーおよびナノワイヤーアレイは、アレイサイズが比較的小さく、製造後のナノワイヤーの長さが短いために、今日に至るまでその技術的応用性が限られていた。熱電用途に適用可能なナノ構造の他の種類はナノ孔またはナノメッシュである。しかし、ナノ孔またはナノメッシュのアレイに関してもまた、ナノ構造の形成または合成が可能な体積が小さいことから、その適用性が限られていた。例えば、１００μｍ未満の長さの従来のアレイ構造では、このような長さの短いアレイ構造全体に利用可能な熱交換技術を適用した場合でも、温度勾配を保持または確立する能力は著しく低いため、発電および／または熱ポンピングへの適用性が限られていた。また、１０μｍ未満の長さの従来のナノ構造については、この適用性が一層限定されていた。さらに、他の例では、４インチ、６インチ、８インチ、および１２インチのウェハ寸法より小さいアレイは、市販されているものが限られている。
【００５３】
半導体材料を用いて形成した極めて長いナノ構造の大きなアレイの開発は、熱電素子の形成にとって有益になり得る。例えば、ナノ構造系の熱電材料は、好適な熱電特性を有することが可能であるが、今日に至るまで、作業素子内に効果的に組み込まれていなかった。他の例では、低熱伝導率を有し、半導体基板の内部に形成されたシリコンナノ構造を用いて、熱電素子を作製するための複数の熱電要素を形成することが可能である。さらに他の例では、シリコンナノワイヤーを半導体基板の所定領域内に形成し、組み立て熱電素子のｎ型枝部またはｐ型枝部またはその両方として使用することが可能である。
【００５４】
しかし、ナノ構造アレイの形成および使用に関しては、しばしば多くの困難が存在する。例えば、ナノ構造は、しばしば脆いため、簡単に曲がるか  または壊れてしまうことがある。他の例では、拡散および／または腐食が生じるため、ナノ構造を高温の表面に直接適用することは不可能である。他の例では、ナノ構造を過酷な環境下へ突き出させたり、晒したりすることはできない。さらに他の例では、ナノ構造は、熱電応用に必要とされる信頼性の高い面状の金属接触を形成するために、支持材を必要とする。さらに他の例では、ナノ構造は、熱電素子および他の素子に実用されるために、好適な電極構造を必要とする。
【００５５】
より詳しくは、ナノ構造は、特定の実施形態に係る複雑で互いに競合する可能性のある条件を満たす電極構造を必要とする。例えば、電極構造は、ナノ構造に対する接触抵抗を低くすべきである。他の例では、電極構造は、ナノ構造の境界における仕事関数を低くすべきである。さらに他の例では、電極構造によって、熱電素子の同一の枝部に設けられたナノ構造の端部間に良好な電気伝導率を付与すできである。さらに他の例では、電極構造によって、低抵抗の熱電素子の異なる枝部の間に相互接続を付与すべきである。さらに他の例では、電極構造は、熱伝導率を高くし、および／または熱抵抗率を低くすべきである。さらに他の例では、電極構造は、熱電素子が晒されるであろう高温に耐えるものとすべきである。残念なことに、所望の温度範囲、表面形状、サイズ、電気特性、および熱特性の組み合わせを考慮すると、熱電素子への使用に理想的な物理的および化学的特性を有する単一の材料を見つけることは困難である。したがって、複数の協働材料を設けた電極構造は、幾つかの実施形態に係る所望の目標を達成するうえで有用になる。
【００５６】
特定の実施形態によれば、電極構造に複数の材料を使用する場合では、さらなる物理的、電気的、および化学的問題が発生する。例えば、複数の材料間の界面点における結合および／または接着を良好なものにすべきである。他の例では、複数の材料間の熱膨張の不一致を低くすべきである。さらに他の例では、複数の材料間の拡散を制限されたものにすべきである。したがって、ナノ構造アレイは、幾つかの実施形態に係る慎重に形成された電極構造から恩恵を享受することになる。
【００５７】
図１は、本発明の一実施形態に係る、電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図１では、ナノワイヤーアレイ１１０は、半導体材料（例えば、半導体基板）ブロックの内部に形成されている。一例では、上記半導体基板によってウェハ全体が構成されている。他の例では、上記半導体基板は４インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は、４インチウェハより大きなパネルである。さらに他の例では、上記半導体基板は６インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は８インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は１２インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は、８インチウェハより大きなパネルである。さらに他の例では、上記半導体基板は、ウェハと異なる形状で形成されている。さらに他の例では、上記半導体基板は単結晶である。さらに他の例では、上記半導体基板は多結晶である。さらに他の例では、上記半導体基板はシリコンを含む。
【００５８】
幾つかの実施形態では、上記半導体基板は機能化される。例えば、上記半導体基板にドーピングを施してｎ型の半導体を形成する。他の例では、上記半導体基板にドーピングを施してｐ型の半導体を形成する。さらに他の例では、上記半導体基板に、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素を用いてドーピングを施す。他の例では、上記半導体基板を機能化させて、その電気特性および／または熱特性を制御する。さらに他の例では、上記半導体基板は、ホウ素および／またはリンを用いてドーピングを施したシリコンを含む。さらに他の例では、上記半導体基板にドーピングを施して、その抵抗を０．００００１Ω‐ｍから３０００Ω‐ｍの間に調節する。さらに他の例では、上記半導体基板を機能化して、ナノワイヤーアレイ１１０に０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）（ワット毎メートル毎ケルビン）から５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱伝導率を付与する。
【００５９】
他の実施形態では、上記ナノワイヤーアレイ１１０は半導体基板の内部に形成されている。例えば、上記ナノワイヤーアレイ１１０は、半導体基板のほぼ全体に形成される。他の例では、上記ナノワイヤーアレイ１１０は複数のナノワイヤー１２０を含む。他の例では、各ナノワイヤーアレイ１２０は端部１３０を有する。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０のそれぞれの端部１３０をまとめるとアレイ部分になる。さらに他の例では、上記アレイ部分は０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍの大きさである。さらに他の例では、上記アレイ部分は０．１ｍｍ×０．１ｍｍの大きさである。さらに他の例では、上記アレイ部分の直径は４５０ｍｍである。さらに他の例では、各ナノワイヤー１２０の一方の端部１３０と反対側の端部１４０との間の距離は少なくとも２００μｍである。さらに他の例では、各ナノワイヤー１２０の一方の端部１３０と他方の端部１４０との間の距離は少なくとも３００μｍである。さらに他の例では、各ナノワイヤー１２０の一方の端部１３０と他方の端部１４０との間の距離は少なくとも４００μｍである。さらに他の例では、各ナノワイヤー１２０の一方の端部１３０と他方の端部１４０との間の距離は少なくとも５００μｍである。さらに他の例では、各ナノワイヤー１２０の一方の端部１３０と他方の端部１４０との間の距離は少なくとも５２５μｍである。
【００６０】
さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の全ナノワイヤーは実質的に、互いに並行である。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０は実質的に、上記半導体基板の内部で垂直方向に形成されている。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０は実質的に、上記アレイ部分に対して垂直方向に配向されている。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の各々は粗面を有する。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の各々は実質的に均一な断面部分を有し、各ナノワイヤー１２０の断面部分に対する長さの比が大きい。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の各々の断面部分は実質的に円形である。さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の各々の断面部分の幅は１ｍｍ〜２５０ｍｍである。
【００６１】
さらに他の例では、上記複数のナノワイヤー１２０の各々の間に間隙１５０が形成される。例えば、上記間隙１５０の各々は２５ｍｍ〜１，０００ｍｍである。他の例では、上記間隙１５０は実質的に、１つ以上の充填材１６０で充填されている。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０はマトリクスを形成している。さらに他の例では、上記マトリクスは多孔質である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、低い熱伝導率を有する。さらに他の例では、上記熱伝導率は、０．０００１Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。さらに他の例では、上記熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、上記複数のナノワイヤー１２０にさらなる機械的安定性を付与する。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、長時間の素子動作期間中に３５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、長時間の素子動作期間中に５５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、長時間の素子動作期間中に６５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、長時間の素子動作期間中に７５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、長時間の素子動作期間中に８００℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は線形熱膨張係数を有する。さらに他の例では、上記線形熱膨張係数は、０．０１μｍ／ｍ・Ｋ〜３０μｍ／ｍ・Ｋである。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０を平坦化処理されることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０を研磨されることが可能である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、その上方にさらなる材料を重畳するための支持基盤を提供する。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は伝導性である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、上記複数のナノワイヤー１２０との良好な電気接触の形成をサポートする。他の例では、上記１つ以上の充填材１６０は、上記複数のナノワイヤー１２０との良好な熱接触の形成をサポートする。
【００６２】
さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１６０の各々は、フォトレジスト、スピンオンガラス、スピンオンドーパント、エアロゲル、キセロゲル、および酸化物などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。例えば、上記フォトレジストは、長いＵＶ波長のＧ線（例えば、４３６ｍｍ）フォトレジストを含む。他の例では、上記フォトレジストはネガ型のフォトレジスト特性を有する。さらに他の例では、上記フォトレジストは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、およびガラスを含む多様な基板物質との良好な接着性を示す。さらに他の例では、上記フォトレジストは、Ａｕ、Ｃｕ、およびＡｌを含む多様な金属にとの良好な接着性を示す。さらに他の例では、上記スピンオンガラスは高い誘電率を有する。さらに他の例では、上記スピンオンドーパントは、ｎ型ドーパントおよび／またはｐ型ドーパントを含む。さらに他の例では、上記スピンオンドーパントは、上記ナノワイヤーアレイ１１０の異なる部分に、異なるドーパントと一緒に局所的に塗布される。さらに他の例では、上記スピンオンドーパントは、ホウ素および／またはリンなどを含む。さらに他の例では、上記スピンオンガラスは１つ以上のスピンオンドーパントを含む。さらに他の例では、上記エアロゲルは、約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下という極めて低い熱伝導率によって特徴付けられるシリカゲルに由来のエアロゲルである。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材は、１つ以上の酸化物の長鎖を含む。他の例では、上記１つ以上の充填材は、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＦｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＣｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、および／またはＣＮなどからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。
【００６３】
幾つかの実施形態によれば、上記１つ以上の充填材１６０は、上記複数のナノワイヤー１２０の間に形成される上記間隙１５０を完全には充填しない。一例では、上記端部１３０は、上記１つ以上の充填材１６０を超えて延伸して突出セグメント１３５を形成する。さらに他の例では、上記端部１３０、上記反対側の端部１４０、および上記１つ以上の充填材１６０は、各ナノワイヤー１２０の長さに沿って、複数の領域を定義する。さらに他の例では、上記端部１３０からこれに最も近い上記１つ以上の充填材１６０の表面まで延伸する領域は、上記突出セグメント１３５に対応する。
【００６４】
幾つかの実施形態によれば、上記１つ以上の充填材１６０内に埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は有用な特徴を有する。例えば、埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は、よく位置決めされている。他の例では、埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は、破壊されることなく、高い温度勾配に耐える。さらに他の例では、埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は、上記複数のナノワイヤー１２０の屈曲または破壊を伴うことなく、高い温度勾配に耐える。さらに他の例では、埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は機械的強度が向上するので、上記ナノワイヤーアレイ１１０の１つ以上の表面に対して１つ以上の表面研磨処理および／または平坦化処理を行うことが可能になる。さらに他の例では、埋め込まれた上記ナノワイヤーアレイ１１０は機械的強度が向上するので、当該ナノワイヤーアレイ１１０の取扱い処理、機械加工処理、および／または製造処理がサポートされる。さらに他の例では、上記突出セグメント１３５によって、上記ナノワイヤーアレイ１１０との１つ以上の電気接触および／または１つ以上の熱接触の形成がサポートされる。
【００６５】
幾つかの実施形態によれば、電極構造１９５は上記ナノワイヤーアレイ１１０上に形成される。例えば、各突出セグメント１３５は半導体接触材１７０によってそれぞれ部分的または全体的に覆われる。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、各突出セグメント１３５の上にそれぞれの絶縁保護コーティングを形成する。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は層を形成する。幾つかの実施形態では、上記半導体接触材１７０の各々は１つ以上の導電材料を含む。例えば、上記１つ以上の導電材料は、半導体、半金属、および金属などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。他の例では、各半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、半導体にはドーピングが施されている。さらに他の例では、半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉなどからなる一群から選択される。
【００６６】
さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の上記端部１３０と１つ以上の電気接触を形成する。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の上記端部１３０と１つ以上の抵抗接触を形成する。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、１つ以上の上記複数のナノワイヤー１２０を通過する１つ以上の熱経路を確立する一方で上記１つ以上の充填材１６０内で発生する熱漏洩を制限するために、１つ以上の表面との間に１つ以上の良好な熱接触を形成するように構成される。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、上記突出セグメント１３５との接触抵抗率が低い。さらに他の例では、上記接触抵抗率は１０−７Ω‐ｍ２未満である。さらに他の例では、上記接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２である。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、上記半導体接触材１７０と上記突出セグメント１３５との間の仕事関数が低い。さらに他の例では、上記仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の熱膨張と略同一な熱膨張を有する。さらに他の例では、上記半導体接触材１７０は０．４μｍ／（ｍ・Ｋ）〜２５μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱膨張を有する。
【００６７】
幾つかの実施形態によれば、接触層１７４を形成して、上記ナノワイヤーアレイ１１０の各突出セグメント１３５の間に電気接続を供与する。例えば、上記ナノワイヤーアレイは、熱電素子の枝部の一部を形成する。他の例では、上記接触層１７４は、１０６Ｓ／ｍ〜１０８Ｓ／ｍの範囲の導電率を有する。さらに他の例では、上記導電率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きい。さらに他の例では、上記接触層は、低い熱抵抗を有する。さらに他の例では、上記熱抵抗は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗである。さらに他の例では、上記接触層１７４は、１つ以上の導体材料を含む。例えば、上記１つ以上の導体材料は、半導体、半金属、および金属などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、各半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、上記半導体にはドーピングが施されている。さらに他の例では、半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、上記接触層１７４の厚さは約５０ｎｍである。さらに他の例では、上記接触層１７４は１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの厚さを有する。
【００６８】
幾つかの実施形態によれば、上記接触層１７４は、１つ以上の結合材１７２を用いて上記半導体接触材１７０に取り付けられる。一例では、上記結合剤１７２は層を形成する。他の例では、上記結合材１７２は半田を含む。さらに他の例では、上記半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群の１つの材料を含む。さらに他の例では、上記結合材１７２は、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含むろう材を含む。さらに他の例では、上記結合材１７２は銀系の金属接着剤を含む。さらに他の例では、上記結合材１７２は１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材１７２は１０００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材１７２は０．４μｍ／（ｍ・Ｋ）〜２５μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱膨張を有する。さらに他の例では、上記結合材１７２は低い熱抵抗を有する。さらに他の例では、上記熱抵抗は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗである。さらに他の例では、上記結合材１７２は低いシート抵抗を有する。さらに他の例では、上記シート抵抗は１０−１０Ω／□〜１０Ω／□（Ω毎平方）である。
【００６９】
幾つかの実施形態によれば、シャント１８０を形成して、上記接触層１７４と熱電素子内の他の素子との間に電気接続を供与する。例えば、上記他の素子は、熱電素子の他の枝部の１つ以上の接触層を含む。他の例では、上記シャント１８０は層を形成する。さらに他の例では、上記シャント１８０は低いシート抵抗を有する。さらに他の例では、上記シート抵抗は１０−１０Ω／□〜１０Ω／□である。さらに他の例では、上記シャント１８０は、１つ以上の導体材料を含む。さらに他の例では、１つ以上の導体材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ、グラファイト、スチール、ニッケルと鉄の合金、および、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、ニッケルと鉄の合金は、ニッケルを約４２重量パーセント、鉄を約５７重量パーセント、炭素、マンガン、リン、硫黄、シリコン、クロム、アルミニウム、および／またはコバルトを微量に含む合金４２である。さらに他の例では、コバルトと、クロムち、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金は、コバルトを約３９〜４１重量パーセント、クロムを約１９〜２１重量パーセント、ニッケルを約１４〜１６重量パーセント、鉄を約１１．３〜２０．５重量パーセント、モリブデンを約６〜８重量パーセント、および／またはマンガンを約１．５〜２．５重量パーセント含むエルジロイ（Ｅｇｉｌｏｙ）である。さらに他の例では、上記シャント１８０は１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００７０】
幾つかの実施形態によれば、上記シャント１８０は、１つ以上の結合材１８５を用いて上記接触層１７０に取り付けられる。一例では、上記結合材１８５は、層を形成する。他の例では、上記結合材１８５は、半田を含む。さらに他の例では、半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、上記結合材１８５は、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ，Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含むろう材を含む。さらに他の例では、上記結合材１８５は、銀系の金属接着剤を含む。さらに他の例では、上記結合材１８５は、１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材１８５は、１０００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材１８５は、０．４μｍ／（ｍ・Ｋ）〜２５μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱膨張を有する。さらに他の例では、上記結合材１８５は、低い熱抵抗を有する。さらに他の例では、上記熱抵抗は１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗである。さらに他の例では、上記結合材１８５は、低いシート抵抗を有する。さらに他の例では、上記シート抵抗は１０−１０Ω／□〜１０Ω／□である。
【００７１】
幾つかの実施形態によれば、絶縁層１９０は上記シャント１８０を保護する。例えば、上記絶縁層１９０は、上記シャント１８０に電気絶縁を付与する。他の例では、上記絶縁層１９０は、上記シャント１８０が他の導電面と短絡（ショート）する可能性を低減する。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は、少なくとも１ＭΩの高い電気抵抗を有する。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は、少なくとも２Ｗ（ｍ・Ｋ）（ワット毎メートル毎ケルビン）の高い熱伝導率を有する。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮ、およびＡｌ２Ｏ３などからなる一群から選択される１つ以上の材料を含む。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は上記シャント１８０に取り付けられる。さらに他の例では、上記絶縁層１９０は、熱電素子を内部で使用する熱交換器の一部である。
【００７２】
幾つかの実施形態によれば、半導体接触材１７０、結合材１７２、接触層１７２、結合材１８５、シャント１８０、および絶縁層１９０からなる一群から選択される各層は、熱電素子への使用に好適な材料特性を有する。例えば、これらの層は全体として、熱電素子の枝部の端部にとって好適な電極構造１９５を形成する。他の例では、上記電極構造１９５の全体的な厚さは、数十ミクロンから１０ｃｍを超える値までの範囲である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、所望の熱交換条件、標的表面温度、および／またはナノワイヤー特性に基づいて最適化される。さらに他の例では、上記電極構造１９５を最適化させて、熱電発電機（ＴＥＧ）の最大出力を得る。
【００７３】
さらに他の例では、上記層の各々は、上記電極構造１９５の隣接層内の材料に対する良好な接着性を有する。さらに他の例では、互いに隣接する層のそれぞれの線形熱膨張係数間の差は小さい。さらに他の例では、上記層の各々は０．０１μｍ／（ｍ・Ｋ）〜３０μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の線形熱膨張係数を有する。
【００７４】
さらに他の例では、上記電極構造の熱伝導率は１Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、長時間の素子の動作期間中に３５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、長時間の素子の動作期間中に５５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、長時間の素子の動作期間中に６５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、長時間の素子の動作期間中に７５０℃を超える温度に耐えることが可能である。さらに他の例では、上記電極構造１９５は、長時間の素子の動作期間中に８００℃を超える温度に耐えることが可能である。
【００７５】
さらに他の例では、拡散障壁層は、他の２つの層のうちいずれかの層の間に形成される。さらに他の例では、半導体接触材１７０、結合材１７２、接触層１７２、結合材１８５、シャント１８０からなる一群から選択されるいずれかの層は、拡散障壁層である。
【００７６】
他の実施形態によれば、半導体接触材１７０、結合材１７２、接触層１７２、結合材１８５、シャント１８０、および絶縁層１９０からなる一群から選択される上記電極構造１９５の上記層の１つ以上は、任意の層である。
【００７７】
図２は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図２では、上記結合材１８５は電極構造２９５から省略されている。例えば、電極構造２９５は、半導体接触材１７０、結合材１７２、接触層１７４、シャント１８０、および絶縁層１９０を備える。他の例では、上記絶縁層１９０は省略される。
【００７８】
図３は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図３では、上記結合材１７２は電極構造３９５から省略されている。例えば、電極構造２９５は、半導体接触材１７０、接触層１７４、結合材１８５、シャント１８０、および絶縁層１９０を備える。他の例では、上記絶縁層１９０は省略される。
【００７９】
図４は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図４では、上記結合材１７２および１８５は電極構造４９５から省略されている。例えば、電極構造２９５は、半導体接触材１７０、接触層１７４、シャント１８０、および絶縁層１９０を備える。他の例では、上記絶縁層１９０は省略される。
【００８０】
さらに他の実施形態によれば、半導体接触材１７０および接触層１７４は適宜組み合わされる。
【００８１】
図５は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図５では、半導体接触材および接触層が組み合わされて、電極構造５９５の一部として複合接触層５７０を形成している。例えば、上記電極構造５９５は、複合接触層５７０、結合材１８５、シャント１８０、および絶縁層１９０を備える。他の例では、上記複合接触層５７０によって各突出セグメント１３５が覆われている。幾つかの実施形態では、上記複合接触層５７０は１つ以上の導体材料を含む。例えば、１つ以上の導体材料は、半導体、半金属、および金属などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。他の例では、各半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、半導体にはドーピングが施されている。さらに他の例では、半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉなどからなる一群から選択される。
【００８２】
さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の端部１３０と１つ以上の電気接触を形成する。さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の端部１３０と１つ以上のオーム接触を形成する。さらに他の例では、複合接触層５７０は、１つ以上の上記複数のナノワイヤー１２０を通過する１つ以上の熱経路を確立する一方で上記１つ以上の充填材１６０内で発生する熱漏洩を制限するために、１つ以上の表面との間に１つ以上の良好な熱接触を形成するように構成される。さらに他の例では、上記複合接触層５７０および上記突出セグメントの間の接触抵抗率は１０−８Ω‐ｍ２未満である。さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、上記複合接触層５７０および上記突出セグメント１３５の間において低い仕事関数を有する。さらに他の例では、上記仕事関数は０．８電子ボルト未満である。さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、上記複数のナノワイヤー１２０の熱膨張率と略同一の熱膨張率を有する。さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、０．４μｍ／（ｍ・Ｋ）〜２５μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱膨張率を有する。さらに他の例では、上記複合接触層５７０の厚さは約５０ｎｍである。さらに他の例では、上記複合接触層５７０は、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを有する。他の例では、上記絶縁層１９０は省略される。
【００８３】
図６は、本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図６では、半導体接触材および接触層を組み合わせて複合接触層５７０を形成する一方で、結合材１８５を電極構造６９５の一部として省略している。例えば、上記電極構造６９５は、上記複合接触層５７０、シャント１８０、および絶縁層１９０を備える。他の例では、上記絶縁層１９０は省略されている。
【００８４】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図１〜６は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきでない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、ナノワイヤー以外のナノ構造を形成する。特定の実施形態では、ナノ構造は、上記１つ以上の充填材１６０に完全に埋め込まれる。例えば、各間隙１５０は上記１つ以上の充填材１６０によってそれぞれ完全に充填される。他の例では、複数のナノワイヤーの端部１３０は、実質的に、上記１つ以上の充填材の表面に対して位置合わせされている。さらに他の例では、突出セグメント１３５は実質的に省略されている一方で、半導体接触材１７２および／または複合接触層５７０は端部１３０と接触している。特定の実施形態では、上記１つ以上の充填材１６０は、省略されている。
【００８５】
図７Ａは、本発明の一実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図７Ａでは、熱電素子の枝部７００はナノワイヤーアレイ７１０を備える。例えば、上記ナノワイヤーアレイ７１０の各ナノワイヤーは、突出セグメント７２０および突出セグメント７２５を有する。他の例では、上記突出セグメント７２０は、図１〜６の上記突出セグメント１３５に対応する。さらに他の例では、上記突出セグメント７２５は、図１〜６の上記突出セグメント１３５に対応する。さらに他の例では、上記突出セグメント７２０の上に電極構造７３０が形成される。さらに他の例では、上記電極構造７３０は上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。さらに他の例では、上記突出セグメント７３０の上に電極構造７３５が形成される。さらに他の例では、上記電極構造７３５は上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。
【００８６】
図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図７Ｂでは、熱電素子７９０は、複数の熱電素子の枝部７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃを備える。例えば、上記熱電素子の枝部７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、上述の熱電素子の枝部７００である。他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａは、電極構造７３０Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａは、電極構造７３５Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ｂは、電極構造７３０Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ｂは、電極構造７３５Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ｃは、電極構造７３０Ｃを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ｃは、電極構造７３５Ｃを備える。
【００８７】
さらに他の例では、上記電極構造７３０Ａおよび上記電極構造７３０Ｂは、シャント７４０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造７３０Ａおよび上記電極構造７３０Ｂは、絶縁層７５０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造７３５Ｂおよび上記電極構造７３５Ｃはシャント７４５ＢＣを共有する。さらに他の例では、上記電極構造７３５Ｂおよび上記電極構造７３５Ｃは、絶縁層７５５ＢＣを共有する。
【００８８】
さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａ，７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、同一の半導体基板から形成されている。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａ，７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、２つ以上の半導体基板から形成されている。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａ，７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、異なる電気特性を有する。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａ，７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、異なる熱特性を有する。
【００８９】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図７Ａおよび７Ｂは一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、ナノワイヤー以外のナノ構造を用いる。他の実施形態では、電極構造７３０および／または電極構造７３５に異なる電極を用いる。例えば、上記電極構造７３０、７３０Ａ，７３０Ｂ、７３０Ｃ、７３５、７３５Ａ，７３５Ｂ、および／または７３５Ｃの１つ以上に代えて、図２に示すような電極構造２９５、図３に示すような電極構造３９５、図４に示すような電極構造４９５、図５に示すような電極構造５９５、および／または図６に示すような電極構造６９５を用いる。他の例では、異なる電極構造の任意の組み合わせを上記電極構造７３０、７３０Ａ，７３０Ｂ、７３０Ｃ、７３５、７３５Ａ，７３５Ｂ、および／または７３５Ｃの各々に用いる。特定の実施形態では、多様な熱電素子の枝部に１つ以上の基板を用いる。例えば、上記熱電素子の枝部７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃの各々は、同一の基板に形成される。他の例では、上記熱電素子の枝部７００Ａ、７００Ｂ、および７００Ｃの１つ以上は異なる基板に形成される。幾つかの実施形態では、上記絶縁層７５０ＡＢおよび／または上記絶縁層７５５ＢＣは省略されている。
【００９０】
図８Ａは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図８Ａでは、熱電素子の枝部８００は、ナノワイヤーセグメント８１０およびナノワイヤーセグメント８１５を備える。例えば、上記ナノワイヤーセグメント８１０は、結合材８８０を用いて上記ナノワイヤーセグメント８１５に結合されている。他の例では、上記結合材８８０は、半田を含む。さらに他の例では、半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含むろう付け材を含む。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、銀系の金属接着剤を含む。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、１０００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、０．４μｍ／（ｍ・Ｋ）〜２５μｍ／（ｍ・Ｋ）の範囲の熱膨張率を有する。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、低い熱抵抗を有する。さらに他の例では、上記熱抵抗は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗである。さらに他の例では、上記セグメント結合材８８０は、低いシート抵抗を有する。さらに他の例では、上記シート抵抗は１０−１０Ω／□〜１０Ω／□である。
【００９１】
さらに他の例では、上記ナノワイヤーセグメント８１０の各ナノワイヤーは、突出セグメント８２０を有する。さらに他の例では、上記突出セグメント８２０は、図１〜６の上述の突出セグメント１３５に対応する。さらに他の例では、上記ナノワイヤーセグメント８１５の各ナノワイヤーは、突出セグメント８２５を有する。さらに他の例では、上記突出セグメント８２５は、図１〜６の上述の突出セグメント１３５に対応する。
【００９２】
さらに他の例では、上記突出セグメント８２０の上に電極構造８３０が形成される。さらに他の例では、上記電極構造８３０は上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。さらに他の例では、上記突出セグメント８３０の上に電極構造８３５が形成される。さらに他の例では、上記電極構造８３５は上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。
【００９３】
図８Ｂは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図８Ｂでは、熱電素子８９０は、複数の熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｃを備える。例えば、上記熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｃの各々は、上述の熱電素子の枝部８００である。他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａは、電極構造８３０Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａは、電極構造８３５Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ｂは、電極構造８３０Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ｂは、電極構造８３５Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ｃは、電極構造８３０Ｃを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ｃは、電極構造８３５Ｃを備える。
【００９４】
さらに他の例では、上記電極構造８３０Ａおよび上記電極構造８３０Ｂは、シャント８４０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造８３０Ａおよび上記電極構造８３０Ｂは、絶縁層８５０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造８３５Ｂおよび上記電極構造８３５Ｃは、シャント８４５ＢＣを共有する。さらに他の例では、上記電極構造８３５Ｂおよび上記電極構造８３５Ｃは、絶縁層８５５ＢＣを共有する。
【００９５】
さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｃの各々は、異なる電気特性を有する。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｃの各々は、異なる熱特性を有する。
【００９６】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図８Ａおよび８Ｂは、一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、ナノワイヤー以外のナノ構造を用いる。他の実施形態では、電極構造８３０および／または電極構造８３５に異なる電極を用いる。例えば、上記電極構造８３０、８３０Ａ，８３０Ｂ、８３０Ｃ、８３５、８３５Ａ，８３５Ｂ、および／または８３５Ｃの１つ以上に代えて、図２に示すような電極構造２９５、図３に示すような電極構造３９５、図４に示すような電極構造４９５、図５に示すような電極構造５９５、および／または図６に示すような電極構造６９５を用いる。他の例では、異なる電極構造の任意の組み合わせを上記電極構造８３０、８３０Ａ，８３０Ｂ、８３０Ｃ、８３５、８３５Ａ，８３５Ｂ、および／または８３５Ｃの各々に用いる。幾つかの実施形態では、上記熱電素子の枝部に２つより多くのナノワイヤーアレイセグメントを用いる。例えば、上記ナノワイヤーセグメント８１０および上記ナノワイヤーセグメント８１５の間にさらなるナノワイヤーセグメントが結合される。特定の実施形態では、多様な熱電素子の枝部に１つ以上の基板を用いる。例えば、上記ナノワイヤーセグメント８１０および上記ナノワイヤーセグメント８１５は同一の基板に形成される。他の例では、上記ナノワイヤーセグメント８１０および上記ナノワイヤーセグメント８１５は異なる２つの基板に形成される。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および８００Ｃの各々は同一の基板に形成される。他の例では、上記熱電素子の枝部８００Ａ、８００Ｂ、および／または８００Ｃの１つ以上は異なる基板に形成される。幾つかの実施形態では、上記絶縁層８５０ＡＢおよび／または上記絶縁層８５５ＢＣは省略される。
【００９７】
図９Ａは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図９Ａでは、熱電素子の枝部９００は、半導体基板９８０の一方側に形成されたナノワイヤーアレイ９１０、および前記半導体基板９８０の反対側に形成されたナノワイヤーアレイ９１５を備える。例えば、上記ナノワイヤーアレイ９１０の各ナノワイヤーは、突出セグメント９２０を有する。他の例では、上記ナノワイヤーアレイ９１５の各ナノワイヤーは、突出セグメント９２５を有する。他の例では、上記突出セグメント９２０は、図１〜６の上述の突出セグメント１３５に対応する。さらに他の例では、上記突出セグメント９２５は、図１〜６の上述の突出セグメント１３５に対応する。さらに他の例では、上記突出セグメント９２０の上に電極構造９３０が形成される。さらに他の例では、上記電極構造９３０は上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。さらに他の例では、上記突出セグメント９３０の上に電極構造９３５が形成される。さらに他の例では、上記電極構造９３５は、上述の電極構造１９５であり、図１に示すような半導体接触材、結合材、接触層、他の結合材、シャント、および絶縁層を備える。
【００９８】
図９Ｂは、本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図９Ｂでは、熱電素子９９０は、複数の熱電素子の枝部９００Ａ、９００Ｂ、および９００Ｃを備える。例えば、上記熱電子の枝部９００Ａ、９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、上述の熱電素子の枝部９００である。他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａは電極構造９３０Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａは、電極構造９３５Ａを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ｂは電極構造９３０Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ｂは、電極構造９３５Ｂを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ｃは、電極構造９３０Ｃを備える。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ｃは電極構造９３５Ｃを備える。
【００９９】
さらに他の例では、上記電極構造９３０Ａおよび上記電極構造９３０Ｂは、シャント９４０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造９３０Ａおよび上記電極構造９３０Ｂは、絶縁層９５０ＡＢを共有する。さらに他の例では、上記電極構造９３５Ｂおよび上記電極構造９３５Ｃは、シャント９４５ＢＣを共有する。さらに他の例では、上記電極構造９３５Ｂおよび上記電極構造９３５Ｃは、絶縁層９５５ＢＣを共有する。
【０１００】
さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａ，９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、同一の半導体基板から形成されている。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａ、９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、２つ以上の半導体基板から形成されている。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａ，９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、異なる電気特性を有する。さらに他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａ，９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、異なる熱特性を有する。
【０１０１】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図９Ａおよび９Ｂは、一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、ナノワイヤー以外のナノ構造を用いる。他の実施形態では、電極構造９３０および／または電極構造９３５に異なる電極を用いる。例えば、上記電極構造９３０、９３０Ａ，９３０Ｂ、９３０Ｃ、９３５、９３５Ａ，９３５Ｂ、および／または９３５Ｃの１つ以上に代えて、図２に示すような電極構造２９５、図３に示すような電極構造３９５、図４に示すような電極構造４９５、図５に示すような電極構造５９５、および／または図６に示すような電極構造６９５を用いる。他の例では、上記電極構造９３０、９３０Ａ，９３０Ｂ、９３０Ｃ、９３５、９３５Ａ，９３５Ｂ、および／または９３５Ｃの各々に異なる電極構造の任意の組み合わせを用いる。特定の実施形態では、多様な熱電素子の枝部に１つ以上の基板を用いる。例えば、上記熱電素子の枝部９００Ａ、９００Ｂ、および９００Ｃの各々は、同一の基板に形成される。他の例では、上記熱電素子の枝部９００Ａ、９００Ｂ、および／または９００Ｃの１つ以上は、異なる基板に形成される。幾つかの実施形態では、上記絶縁層９５０ＡＢおよび／または上記絶縁層９５５ＢＣは、省略される。
【０１０２】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、９Ａ、および９Ｂは、一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、同一の熱電素子に異なる種類の熱電素子の枝部を用いる。例えば、熱電素子は、熱電素子の枝部７００Ａ、熱電素子の枝部８００Ｂ、および熱電素子の枝部９００Ｃを備える。他の例では、熱電素子の枝部７００、８００、および／または９００の任意の組み合わせが同一の熱電素子に含まれる。
【０１０３】
図１０は、本発明の一実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。この方法１０００は、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する工程１００５、前記ナノ構造アレイを充填する工程１０１０、前記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程１０１５、前記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する工程１０２０、絶縁層を形成する工程１０２５、前記１つ以上の基板から材料を除去する工程１０３０、前記ナノ構造アレイ上に他の１つ以上の接触層を形成する工程１０３５、前記ナノ構造アレイの間に他の１つ以上のシャントを形成する工程１０４０、および他の絶縁層を形成する工程１０４５を備える。例えば、上記方法１００を用いて、図７Ａに示すような熱電素子の枝部７００および図７Ｂに示すような熱電素子７９０を形成する。他の例では、上記工程１０２５および／または上記工程１０４５の１つ以上を省略する。さらに他の例では、上記工程１０１０を省略する。
【０１０４】
図１１は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する上記工程１００５を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。上記工程１００５は、上記基板を用意する工程１１１０、上記基板を機能化する工程１１２０、上記基板を洗浄する工程１１３０、上記基板の一部にマスキング処理を施す工程１１４０、上記基板にメタライズドフィルムを塗布する工程１１５０、上記基板にエッチング処理を施す工程１１６０、上記エッチング処理を施した上記基板を洗浄する工程１１７０、および上記エッチング処理を施した基板を乾燥させる工程１１８０を備える。
【０１０５】
図１２は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、基板を用意する上記工程１１１０に用いる基板を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、基板１２１０は半導体材料（例えば、半導体基板）のブロックである。他の例では、上記半導体基板１２１０はウェハ全体を構成する。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は４インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は４インチウェハより大きなパネルである。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は６インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は８インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は１２インチウェハである。さらに他の例では、上記半導体基板は１２インチウェハより大きなパネルである。さらに他の例では、上記半導体基板は、ウェハの形状と異なる形状に形成されている。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は単結晶である。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は多結晶である。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０はシリコンを含む。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、上記半導体基板１２１０は機能化される。例えば、上記半導体基板１２１０はドーピングを施されてｎ型の半導体を形成する。他の例では、上記半導体基板１２１０はドーピングを施されてｐ型の半導体を形成する。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は、ＩＩＩ族元素および／またはＶ族元素を用いてドーピングが施される。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は機能化されて、その電気特性および／または熱特性が制御される。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は、ホウ素を用いてドーピングを施したシリコンを含む。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０はドーピングを施されて、その抵抗率が約０．００００１〜１０Ω‐ｍの範囲に調節される。さらに他の例では、上記半導体基板１２１０は機能化されて、その熱伝導率が０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）（ワット毎メートル毎ケルビン）〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲に調節される。
【０１０７】
図１２Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、図１１に示すような上記工程１００５によって基板内に形成するナノ構造アレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、上記工程１００５を用いてナノ構造アレイ１２２０を形成する。他の例では、上記ナノ構造アレイ１２２０は、図１〜６に示すような上述のナノ構造アレイ１１０および／または図７Ａに示すような上述のナノ構造アレイ７１０である。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ１２２０はナノ孔アレイである。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ１２２０はナノチューブアレイである。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ１２２０はナノメッシュである。
【０１０８】
図１３は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、基板内のナノ構造アレイを充填する上記工程１０１０を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。上記工程１０１０は、ナノ構造アレイに前処置を施す工程１３２０、１つ以上の充填材を調製する工程１３３０、前記ナノ構造アレイを充填する工程１３４０、および前記１つ以上の充填材を硬化する工程１３５０を備える。例えば、上記工程１０１０を用いて、図１〜６示すような上述のナノ構造アレイ１１０および／または図７Ａに示すような上述のナノ構造アレイ７１０を少なくとも部分的に充填する。さらに他の例では、上記工程１０１０は、図１〜６に示すような上記１つ以上の充填材を形成する。さらに他の例では、上記工程１０１０を用いて、ナノ孔アレイ、ナノチューブアレイ、および／またはナノメッシュを充填する。さらに他の例では、上記工程１３２０および／または１３５０を省略する。
【０１０９】
図１４は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、図１３の上記工程１０１０によって充填した基板内のナノ構造アレイの略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、基板１４１０に形成したようなナノ構造アレイ１４２０を、１つ以上の充填材１４３０で充填する。他の例では、上記１つ以上の充填材１４３０は、上述の１つ以上の充填材１６０である。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ１４２０は、上述のナノ構造アレイ１１０および／または上述のナノ構造アレイ７１０である。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材１４３０の各々は、フォトレジスト、スピンオンガラス、スピンオンドーパント、エアロゲル、キセロゲル、および酸化物からなる一群から選択される少なくとも１つを含む。例えば、フォトレジストは、長いＵＶ波長（例えば、約４３６ｍｍ）のＧ線フォトレジストを含む。他の例では、フォトレジストは、ネガ型のフォトレジスト特性を有する。さらに他の例では、フォトレジストは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、およびガラスを含む多様な基板材料に対して良好な接着性を示す。さらに他の例では、フォトレジストは、Ａｕ、Ｃｕ、およびＡｌを含む多様な金属に対して良好な接着性を示す。さらに他の例では、スピンオンガラスは、高い誘電定数を有する。さらに他の例では、スピンオンドーパントは、ｎ型のドーパントおよび／またはｐ型のドーパントを含む。さらに他の例では、スピンオンドーパントは、上記ナノワイヤーアレイ１４２０の異なる部分に異なるドーパントと一緒に局所的に塗布される。さらに他の例では、スピンオンドーパントは、ホウ素および／またはリンなどを含む。さらに他の例では、スピンオンガラスは１つ以上のスピンオンドーパントを含む。さらに他の例では、エアロゲルは、約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の極めて低い熱伝導率に特徴付けられるシリカゲルに由来する。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材は１つ以上の酸化物の長鎖を含む。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材は、Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ、ＦｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＣｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＢＮ、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、および／またはＣＮなどからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。
【０１１０】
図１５は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程１０１５および／または工程１０３５を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。上記工程１０１５および／または上記工程１０３５は、ナノ構造の表面を平坦化する工程１５１０、上記ナノ構造のセグメントを露出させる工程１５２０、露出させた上記ナノ構造のセグメント上に半導体接触層を形成する工程１５３０、結合材を塗布する工程１５４０、および接触層を形成する工程１５５０を備える。例えば、上記工程１０１５および／または上記工程１０３５を用いて、図１〜６に示すような上述の半導体接触層１６０、結合材１６２、および／または接触層１６４を形成する。他の例では、上記工程１５１０、１５２０、および／または１５４０の１つ以上を省略する。さらに他の例では、上記工程１５３０および１５５０を組み合わせて１つの工程とする。
【０１１１】
図１６Ａは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、充填および上記平坦化工程１５１０による平坦化を行った基板内のナノ構造アレイの略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、任意の上記工程１５１０では、充填後のナノ構造アレイ１４２０を平坦化する。他の例では、上記充填後のナノ構造アレイ１４２０の少なくとも１つの表面１６４０を略平面状にする。さらに他の例では、上記平坦化工程１５１０は上記ナノ構造アレイ１４２０の端部を露出させる。さらに他の例では、上記平坦化工程１５１０は、プラズマエッチング法、湿式化学的エッチング法、ラッピング法、機械的研摩法、化学的機械的研磨法、および自発的ドライエッチング法などからなる一群から選択される少なくとも１つの処理を含む。さらに他の例では、ラッピング法は、６μｍダイアモンドスラリーを銅製のベースプレートと共に使用することを含む。さらに他の例では、プラズマエッチング法は、真空室内でＳＦ６を使用する。さらに他の例では、自発ドライエッチング法は、プラズマエッチング法を含むＸｅＦ２平坦化法１５１０を用いる。さらに他の例では、上記平坦化工程１５１０は、さらなる取扱い処理、機械処理、および／または製造処理に向けて上記充填後のナノ構造アレイ１４２０を整備する。
【０１１２】
図１６Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０によって露出セグメントが形成される、充填して平坦化を行ったナノ構造アレイを示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、任意の上記工程１５２０では、上記ナノ構造アレイ１４２０の各ナノ構造の露出セグメント１６５０を形成する。他の例では、上記露出セグメント１６５０は、図１〜６に示すような上述の突出セグメント１３５、図７Ａに示すような上述の突出セグメント７２０、および／または図７Ａに示すような上述の突出セグメント７２５である。さらに他の例では、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０は、上記１つ以上の充填材１４３０の一部を除去することを備える。さらに他の例では、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０は、ＨＦ溶液を用いてエッチング処理を行うことを備える。さらに他の例では、ＨＦ溶液は、緩衝剤、界面活性剤、および他の添加材からなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０は、反応性イオンエッチング器内でエッチング処理を行うことを備える。
【０１１３】
図１７Ａは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出前の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。上記像は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図１７Ａに示すように、ナノ構造アレイの露出セグメントは十分に露出されない。例えば、図１７Ａの複数の暗い領域はナノ構造を示す。他の例では、図１７Ａの複数の明るい領域は１つ以上の充填材を示す。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材の存在により、高品質の電気接触および／または熱接触を形成することが困難になる。さらに他の例では、図１７Ａは、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０を行う前の上記ナノ構造アレイ１４２０を示している。
【０１１４】
図１７Ｂは、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１０００の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出後の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。上記像は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。図１７Ｂに示すように、ナノ構造アレイの露出セグメントは十分に露出される。例えば、上記ナノ構造アレイの上記露出セグメントは効果的に突出している。他の例では、図１７Ｂは、ナノ構造セグメントを露出させる上記工程１５２０を行った後の上記ナノ構造アレイ１４２０を示している。
【０１１５】
図１５を再度参照する。幾つかの実施形態によれば、上記工程１５３０では半導体接触層を形成する。例えば、上記工程１５３０では、ナノ構造の上記露出セグメント１６５０はその上に形成された半導体接触材を有する。他の例では、上記半導体接触材は、図１〜４に示すような上述の半導体接触材１７０である。さらに他の例では、半導体接触層を形成する上記工程１５３０は、電解メッキ法、化学メッキ法、蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法、化学気相堆積法、原子層成長法、ディッピング法、および選択的コーティング法などからなる一群から選択される少なくとも１つの工程を含む。
【０１１６】
特定の実施形態によれば、上記半導体接触材は１つ以上の導体材料を含む。例えば、１つ以上の導体材料は、半導体、半金属、および金属などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。他の例では、各半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、半導体にはドーピングが施される。さらに他の例では、半金属は、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、上記半導体接触材はＴｉＷを１０〜９０の比で含有する。さらに他の例では、上記半導体接触材はＴｉＷを１０〜９０の比で含有するとともに、Ｎｉを含有する。
【０１１７】
さらに他の例では、上記半導体接触材は上記セグメント１６５０と１つ以上の電気接触を形成する。さらに他の例では、上記半導体接触材は、上記セグメント１６５０と１つ以上のオーム接触を形成する。さらに他の例では、上記半導体接触材は、上記ナノ構造アレイ１４２０を通過する１つ以上の熱経路を確立する一方で上記１つ以上の充填材１４３０内で発生する熱漏洩を制限するために、１つ以上の表面との間に１つ以上の良好な熱接触を形成するように構成されている。
【０１１８】
幾つかの実施形態によれば、任意の上記工程１５４０では、上記半導体接触材に結合材を塗布する。一例では、上記結合材は、上記半導体接触材および接触層の間に層を形成する。他の例では、上記結合材は、図１および２に示すような上述の結合材１７２である。さらに他の例では、上記結合材は半田を含む。さらに他の例では、半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、上記結合材は、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含むろう付け材を含む。さらに他の例では、上記結合材は、銀を主材とする金属接着剤を含む。さらに他の例では、上記結合材は、１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材は、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、ペーストディスペンシング法および金属箔などからなる一群から選択される１つ以上の処理法を用いて形成される。
【０１１９】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１５５０では接触層を形成する。例えば、ナノワイヤーアレイは、熱電素子の枝部の一部を形成する。例えば、上記接触層は、図１〜４に示すような上述の接触層１７４である。他の例では、接触層を形成する上記工程１５５０は、電解メッキ法、化学メッキ法、蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法、化学気相堆積法、原子層成長法、ディッピング法、および選択的コーティング法などからなる一群から選択される少なくとも１つの処理法を含む。
【０１２０】
特定の実施形態によれば、上記接触層は１つ以上の導体材料を含む。例えば、１つ以上の導体材料は、半導体、半金属、および金属などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。他の例では、各半導体は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、半導体にはドーピングが施される。さらに他の例では、半金属は、Ｂｅ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎなどからなる一群から選択される。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉなどからなる一群から選択される。
【０１２１】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図１５は一例に過ぎず、本発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、１つ以上の拡散障壁層を形成する１つ以上の工程も行われる。例えば、拡散障壁層は、上述のナノ構造の突出セグメントおよび上述の半導体接触層の間に形成される。他の例では、拡散障壁層は、上述の半導体接触層および上述の結合材の間に形成される。さらに他の例では、拡散障壁層は、上述の結合材および上述の接触層の間に形成される。幾つかの実施形態では、結合材を塗布する上記工程１５４０を省略する一方で、半導体接触層を形成する上記工程１５３０および接触層を形成する上記工程１５５０を組み合わせている。例えば、これらを組み合わせた工程では、図５および６に示すような上述の複合接触層５７０を形成する。
【０１２２】
図１０を再度参照する。幾つかの実施形態によれば、上記工程１０２０では上記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記１つ以上のシャントの各々は、図１〜６に示すような上述のシャント１８０、図７Ｂに示すような上述のシャント７４０ＡＢ、および／または図７Ｂに示すような上述のシャント７４５ＢＣである。他の例では、上記１つ以上のシャントの各々によって、上記１つ以上の接触層と熱電素子の他の素子との間に電気接続を供与する。さらに他の例では、上記他の素子は、熱電素子の他の枝部の１つ以上の接触層の１つ以上を含む。さらに他の例では、上記１つ以上のシャントの各々は低いシート抵抗を有する。さらに他の例では、上記シート抵抗は１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲である。さらに他の例では、上記工程１０２０は、電解メッキ法、化学メッキ法、蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法、化学気相堆積法、および原子層成長法などからなる一群から選択される少なくとも１つの処理法を含む。さらに他の例では、化学気相堆積法は低圧で発生する。さらに他の例では、化学気相堆積法はプラズマによって促進されるものである。さらに他の例では、上記１つ以上のシャントの各々は１つ以上の導体材料を含む。さらに他の例では、１つ以上の導体材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ、グラファイト、スチール、ニッケルと鉄の合金、および、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金などからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、ニッケルと鉄の合金は、ニッケルを約４２重量パーセント、鉄を約５７重量パーセント、および、炭素、マンガン、リン、硫黄、シリコン、クロム、アルミニウム、および／またはコバルトを微量に含む合金４２である。さらに他の例では、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金は、コバルトを約３９〜４１重量パーセント、クロムを約１９〜２１重量パーセント、ニッケルを約１４〜１６重量パーセント、鉄を約１１．３〜２０．５重量パーセント、モリブデンを約６〜８重量パーセント、および／またはマンガンを約１．５〜２．５重量パーセント含むエルジロイである。さらに他の例では、上記１つ以上のシャントの各々は、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの厚さを有する。
【０１２３】
幾つかの実施形態によれば、ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する上記工程１０２０は、１つ以上の結合材を塗布する任意のサブ工程を含む。一例では、上記結合材は、上述の１つ以上の接触層および上記１つ以上のシャントの間に層を形成する。他の例では、上記結合材は、図１、３、および５に示すような上述の結合材１８５である。さらに他の例では、上記結合材は半田を含む。さらに他の例では、半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、上記結合材は、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ，Ａｇ、Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群の少なくとも１つの材料を含むろう材を含む。さらに他の例では、上記結合材は銀系の金属接着剤を含む。さらに他の例では、上記結合材は１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、上記結合材は、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、ペーストディスペンシング法、および金属箔などからなる一群から選択される１つ以上の処理法を用いて形成される。さらに他の例では、上記１つ以上のシャントによって、さらなる処理工程の期間に熱電素子の枝部を支持する二次基板を供与する。
【０１２４】
幾つかの実施形態によれば、任意の上記工程１０２５では、上記１つ以上のシャントの各々の上に絶縁層を形成する。例えば、上記絶縁層は、化学気相堆積法、低圧化学気相堆積法、プラズマ促進型化学気相成長法、および陽極処理法などからなる一群から選択される１つ以上の処理法を含む。例えば、上記絶縁層は、上記シャントの少なくとも１つを保護する。例えば、上記絶縁層は、上述の絶縁層７５０ＡＢおよび／または上述の絶縁層７５５ＢＣである。他の例では、上記絶縁層は、上記シャントの少なくとも１つに電気絶縁を供与する。他の例では、上記絶縁層により、上記シャントの少なくとも１つが他の導電面と短絡（ショート）してしまう可能性を低減させる。さらに他の例では、上記絶縁層は、少なくとも１ＭΩの高い電気抵抗を有する。さらに他の例では、上記絶縁層は、少なくとも２Ｗ／（ｍ・Ｋ）（ワット毎メートル毎ケルビン）の熱伝導率を有する。さらに他の例では、上記絶縁層は１００ｎｍ以下の厚さを有する。さらに他の例では、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＮ、およびＡｌ２Ｏ３などからなるリストから選択される１つ以上の材料を含む。
【０１２５】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１０３０では、上記１つ以上の基板から材料を除去する。例えば、１つ以上のナノ構造アレイが形成される上記１つ以上の基板から材料を除去する。他の例では、上記１つ以上の基板を実質的に除去する。さらに他の例では、上記１つ以上の基板の何れかは、図１４および１６に示すような上述の基板１４１０である。
【０１２６】
他の例では、材料を除去する上記工程１５３０は、粗い薄膜化法を含む。さらに他の例では、上記粗い薄膜化法は、ラッピング法、研削法、研磨法、湿式化学エッチング法、プラズマエッチング法、および自発的ドライエッチング法などからなる一群から選択される１つ以上の処理法を含む。他の例では、自発的ドライエッチング法は、圧力を制御した室内でのＸｅＦ２ガスの使用することを含む。さらに他の例では、上記粗い薄膜化法は、上記１つ以上の基板の大部分を除去する。さらに他の例では、上記粗い薄膜化法は、上記１つ以上の基板のほぼ全てを除去する。さらに他の例では、上記粗い薄膜化法を施した後の上記１つ以上の基板の厚さは１５０μｍ未満である。
【０１２７】
幾つかの実施形態によれば、材料を除去する上記工程１５３０は微細な薄膜化法を含む。例えば、微細な薄膜化法は、プラズマエッチング法、湿式化学エッチング法、ラッピング法、機械研摩法、化学機械研磨法、および自発的ドライエッチング法などからなる一群から選択される１つ以上の処理法を含む。他の例では、自発的ドライエッチング法は、圧力を制御した室内でのＸｅＦ２ガスの使用を含む。さらに他の例では、プラズマエッチング法は真空室内でのＳＦ６ガスの使用を含む。さらに他の例では、プラズマエッチング法は反応性イオンエッチング器内でのＳＦ６の使用を含む。さらに他の例では、プラズマエッチング法は所定の期間行われる。さらに他の例では、上記微細な薄膜化法は、上記１つ以上の基板の残存する部分のほぼ全てを除去する。さらに他の例では、上記微細な薄膜化法は、上記１つ以上の基板を最大で１５０μｍ除去する。さらに他の例では、上記微細な薄膜化法は、下層に配置される１つ以上のナノ構造アレイの少なくとも幾つかの部分を露出させる。さらに他の例では、上記微細な薄膜化法は、下層に配置される１つ以上のナノ構造アレイの一部を除去する。
【０１２８】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１０３５では、上記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する。例えば、上記工程１０３５は、図１５に示すような上述の工程１０１５と実質手的に同様な工程である。他の例では、上記工程１０３５で形成する上記１つ以上の接触層は、上述の工程１０１５で形成する１つ以上の接触層と同一の材料を使用する。さらに他の例では、上記工程１０３５で形成する上記１つ以上の接触層は、上述の工程１０１５で形成する１つ以上の接触層と異なる材料を使用する。さらに他の例では、上記工程１０３５で形成する上記１つ以上の接触層は、上述の工程１０１５で形成する１つ以上の接触層と同一の層状構造を有する。さらに他の例では、上記工程１０３５で形成する上記１つ以上の接触層は、上述の工程１０１５で形成する１つ以上の接触層と異なる層状構造を有する。さらに他の例では、上述の工程１０１５で形成する１つ以上の接触層は複合接触層のみを含む一方で、上記工程１０３５で形成する上記１つ以上の接触層は、半導体接触材、結合材、および接触層を含む。
【０１２９】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１０４０では、上記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記工程１０４０は上述の工程１０２０と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１０４０では、図７Ｂに示すような上述のシャント７４５ＢＣおよび／または上述のシャント７４０ＡＢを形成する。さらに他の例では、上記工程１０４０で形成する１つ以上のシャントは、上述の工程１０２０で形成する１つ以上のシャントと同一の材料を使用する。さらに他の例では、上記工程１０４０で形成する１つ以上のシャントは、上述の工程１０２０で形成する１つ以上のシャントと異なる材料を使用する。さらに他の例では、上記工程１０４０で形成する１つ以上のシャントは、上述の工程１０２０で形成する１つ以上のシャントと同一の層状構造を有する。さらに他の例では、上記工程１０４０で形成する１つ以上のシャントは、上述の工程１０２０で形成する１つ以上のシャントと異なる層状構造を有する。さらに他の例では、上述の工程１０２０で形成する１つ以上のシャントは１つ以上のシャントのみを含む一方で、上記工程１０４０で形成する１つ以上のシャントは結合材および１つ以上のシャントを含む。
【０１３０】
幾つかの実施形態によれば、任意の上記工程１０４５では、１つ以上のシャント上に絶縁層を形成する。例えば、上記工程１０４５は、上述の工程１０２５と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１０４５では、図７Ｂに示すような上述の絶縁層７５５ＢＣおよび／または絶縁層７５０ＡＢを形成する。さらに他の例では、上記工程１０４５で形成する絶縁層は、上述の工程１０２５で形成する絶縁層と同一の材料を使用する。さらに他の例では、上記工程１０４５で形成する絶縁層は、上述の工程１０２５で形成する絶縁層と異なる材料を使用する。
【０１３１】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図１０は一例に過ぎず、本発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、１つ以上の拡散障壁層を形成する１つ以上の工程も行われる。例えば、１つ以上の拡散障壁層は、上述の１つ以上の接触層および／または上述の１つ以上のシャントの間に形成される。
【０１３２】
図１８は、本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。この方法１８００は、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する工程１８０５、前記ナノ構造アレイを充填する工程１８１０、前記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程１８１５、前記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する工程１８２０、絶縁層を形成する工程１８２５、前記１つ以上の基板から材料を除去する工程１８３０、前記ナノ構造アレイを互いに結合させる工程１８３５、前記ナノ構造アレイ上に他の１つ以上の接触層を形成する工程１８４０、前記ナノ構造アレイの間に他の１つ以上のシャントを形成する工程１８４５、および他の絶縁層を形成する工程１８５０を備える。例えば、上記方法１８００を用いて、図８Ａに示すような上述の熱電素子の枝部８００および図８Ｂに示すような上述の熱電素子８９０を形成する。他の例では、上記工程１８１０、１８２５、および／または１８５０の１つ以上を省略する。
【０１３３】
幾つかの実施形態では、上記工程１８０５において、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する。例えば、上記工程１８０５は、図１１に示すような上述の工程１００５と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１８０５の最中に上述の工程１００５を用いて上記ナノ構造アレイの各々を独立して形成する。さらに他の例では、上記工程１８０５の最中に上述の工程１００５を用いて上記ナノ構造アレイの全てを同時に形成する。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイは、図８Ａに示すような上述のナノワイヤーアレイ（例えば、熱電セグメント）８１０および上述のナノワイヤーアレイ８１５である。
【０１３４】
幾つかの実施形態では、適宜行われる上記工程１８１０において、上記ナノ構造アレイを充填する。例えば、上記工程１８１０は、図１３に示すような上述の工程１０１０と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１８１０の最中に上述の工程１０１０を用いて上記ナノ構造アレイを同一の１つ以上の充填材で充填する。さらに他の例では、上記工程１８１０の最中に上述の工程１０１０を用いて上記ナノ構造アレイを異なる１つ以上の充填材で充填する。
【０１３５】
特定の実施形態では、上記工程１８１５において、上記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する。例えば、上記工程１８１５は図１５に示すような上述の工程１０１５である。他の例では、上記工程１８１５では、図８Ａに示すような上述の突出セグメント８２０および／または突出セグメント８２５上に１つ以上の接触層を形成する。
【０１３６】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１８２０では、上記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記工程１８２０は上述の工程１０２０である。他の例では、上記工程１８２０では、図８Ｂに示すような上述のシャント８４０ＡＢおよび／またはシャント８４５ＢＣを形成する。
【０１３７】
特定の実施形態によれば、適宜行われる上記工程１８２５では、１つ以上の絶縁層を形成する。例えば、上記工程１８２５は上述の工程１０２５である。他の例では、上記工程１８２５では、図８Ｂに示すような上述の絶縁層８５０ＡＢおよび／または絶縁層８５５ＢＣを形成する。
【０１３８】
幾つかの実施形態では、上記工程１８３０では、上記１つ以上の基板から材料を除去する。例えば、上記工程１８３０は上述の工程１０３０と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１８３０の最中に、上述の工程１０３０を用いて、上記ナノワイヤー８１０の充填セグメントの複数のナノワイヤーの端部であって図８Ａに示すような上述の突出セグメント８２０の反対側の端部を露出させる。さらに他の例では、上記工程１８３０の最中に、上述の工程１０３０を用いて、上記ナノワイヤー８１５の充填させたセグメントの複数のナノワイヤーの端部であって図８Ａに示すような上述の突出セグメント８２５の反対側の端部を露出させる。
【０１３９】
特定の実施形態では、上記工程１８４０において２つ以上のナノ構造アレイを互いに結合する。例えば、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、ペーストディスペンシング法、およびホイルなどからなる一群から選択される１つ以上の処理法を用いて、上記２つ以上のナノ構造アレイを互いに結合する。さらに他の例では、セグメント結合材を用いて上記２つ以上のナノ構造アレイを互いに結合する。さらに他の例では、セグメント結合材は半田を含む。さらに他の例では、半田は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｚｎ、およびＢｉなどからなる一群から選択される少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、セグメント結合材は、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ａｇ，Ａｕ、およびＰｔなどからなる一群から選択される少なくとも１つの材料を含むろう付け材を含む。さらに他の例では、セグメント結合材は銀系の金属接着剤を含む。
【０１４０】
特定の実施形態では、上記工程１８４０において上記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する。例えば、上記工程１８４０は図１５に示すような上述の工程１０３５である。他の例では、上記工程１８４０によって、図８Ａに示すような上述の突出セグメント８２５および／または上述の突出セグメント８２０上に１つ以上の接触層を形成する。
【０１４１】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１８４５において上記ナノ構造アレイの間に他の１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記工程１８４５は上述の工程１０４０である。他の例では、上記工程１８４５によって、図８Ｂに示すような上述のシャント８４５ＢＣおよび／または上述のシャント８４０ＡＢを形成する。
【０１４２】
特定の実施形態によれば、任意の上記工程１８５０において他の１つ以上の絶縁層を形成する。例えば、上記工程１８５０は上述の工程１０４５である。他の例では、上記工程１８５０によって、図８Ｂに示すような上述の絶縁層８５５ＢＣおよび／または上述の絶縁層８５０ＡＢを形成する。
【０１４３】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図１８は一例に過ぎず、本発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、１つ以上の拡散障壁層を形成する１つ以上の工程も実施される。例えば、１つ以上の拡散障壁層は、上記１つ以上の接触層および／または上記１つ以上のシャントの間に形成される。幾つかの実施形態では、工程１８１５において、工程１０４０で形成する上述の１つ以上の接触層と異なる変形例である１つ以上の接触層を形成する。幾つかの実施形態では、工程１８２０において、工程１８４５で形成する上記他の１つ以上のシャントと異なる変形例である１つ以上のシャントを形成する。特定の実施形態では、ナノワイヤーアレイの２つ以上のセグメントを熱電素子の枝部に用いる。例えば、図８Ａに示すような上述のナノワイヤー８１０のセグメントおよび上述のナノワイヤー８１５のセグメントの間に、ナノワイヤーのさらなるセグメントを形成する。
【０１４４】
図１９は、本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。この方法１９００は、１つ以上の基板の一方の側およびその反対側にナノ構造アレイを形成する工程１９０５、前記ナノ構造アレイを充填する工程１９１０、前記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程１９１５、前記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する工程１９２０、絶縁層を形成する工程１９２５、前記ナノ構造アレイ上に他の１つ以上の接触層を形成する工程１９３０、前記ナノ構造アレイの間に他の１つ以上のシャントを形成する工程１９３５、および他の絶縁層を形成する工程１９４０を備える。例えば、上記方法１９００を用いて、図９Ａに示すような上述の熱電素子の枝部９００および図９Ｂに示すような上述の熱電素子９９０を形成する。他の例では、上記工程１９１０、１９２５、および／または１９４０の１つ以上を省略する。
【０１４５】
幾つかの実施形態では、上記工程１９０５において、１つ以上の基板の一方の側およびその反対側にナノ構造アレイを形成する。例えば、上記工程１９０５は、図１１に示すような上述の工程１００５と実質的に同様の工程である。図２０は、本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する上記方法１９００の一部として、上記工程１９０５により基板の一方の側およびその反対側にナノ構造アレイを形成した基板の略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、ナノ構造アレイ２０２０は基板２０１０の一方の側に形成され、他のナノ構造アレイ２０３０は前記基板２０１０の反対側に形成される。他の例では、上記基板２０１０は、図９Ａに示すような上述の基板９８０である。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ２０２０は、図９Ａに示すような上述のナノワイヤーアレイ９１０および／または上述のナノワイヤーアレイ９１５である。さらに他の例では、上記ナノ構造アレイ２０３０は、図９Ａに示すような上述のナノワイヤーアレイ９１５および／または上述のナノワイヤーアレイ９１０である。
【０１４６】
幾つかの実施形態では、任意の上記工程１９１０において上記ナノ構造アレイを充填する。例えば、上記工程１９１０は、図１３に示すような上述の工程１０１０と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１９１０の最中に上述の工程１０１０を用いて上記ナノ構造アレイを同一の１つ以上の充填材で充填する。さらに他の例では、上記工程１９１０の最中に上述の工程１０１０を用いて上記ナノ構造アレイを異なる１つ以上の充填材で充填する。
【０１４７】
特定の実施形態では、上記工程１９１５において上記ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する。例えば、上記工程１９１５は、図１５に示すような上述の工程１０１５である。他の例では、上記工程１９１５により、図９Ａに示すような上述の突出セグメント９２０および／または上述の突出セグメント９２５上に１つ以上の接触層を形成する。
【０１４８】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１９２０において上記ナノ構造アレイの間に１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記工程１９２０は上述の工程１０２０である。他の例では、上記工程１９２０により、図９Ｂに示すような上述のシャント９４０ＡＢおよび／または上述のシャント９４５ＢＣを形成する。
【０１４９】
特定の実施形態によれば、任意の上記工程１９２５において１つ以上の絶縁層を形成する。例えば、上記工程１９２５は上述の工程１０２５である。他の例では、上記工程１９２５により、図９Ｂに示すような上述の絶縁層９５０ＡＢおよび／または上述の絶縁層９５５ＢＣを形成する。
【０１５０】
特定の実施形態では、上記工程１９３０において上記ナノ構造アレイ上に他の１つ以上の接触層を形成する。例えば、上記工程１９３０は、図１５に示すような上述の工程１０３５である。他の例では、上記工程１９３０により、図９Ａに示すような上述の突出セグメント９２５および／または上述の突出セグメント９２０上に１つ以上の接触層を形成する。
【０１５１】
幾つかの実施形態によれば、上記工程１９３５において上記ナノ構造アレイの間に他の１つ以上のシャントを形成する。例えば、上記工程１９３５は、上述の工程１０４０と実質的に同様の工程である。他の例では、上記工程１９３５により、図９Ｂに示すような上述のシャント９４５ＢＣおよび／または上述のシャント９４０ＡＢを形成する。
【０１５２】
特定の実施形態によれば、上記工程１９４０において他の１つ以上の絶縁層を形成する。例えば、上記工程１９４０は上述の工程１０４５である。他の例では、上記工程１９４０により、図９Ｂに示すような上述の絶縁層９５５ＢＣおよび／または上述の絶縁層９５０ＡＢを形成する。
【０１５３】
上述の記載で説明し、且つここでさらに強調するように、図１９は一例に過ぎず、本発明の範囲を不当に限定するべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。幾つかの実施形態では、１つ以上の拡散障壁層を形成する１つ以上の工程も実施される。例えば、１つ以上の拡散障壁層は、上記１つ以上の接触層および／または上記１つ以上のシャントの間に形成される。幾つかの実施形態では、上記工程１９１５において、上記工程１９３０で形成する上述の１つ以上の接触層と異なる変形例である１つ以上の接触層を形成する。幾つかの実施形態では、上記工程１９２０において、上記工程１９３５で形成する１つ以上のシャントと異なる変形例である１つ以上のシャントを形成する。
【０１５４】
特定の実施形態によれば、ナノワイヤー系の熱電素子には、熱電発電器（ＴＥＧ）の最適な電力を供給するように配置された一組の電極構造に挟まれた機能化ナノアレイが設けられる。例として、２つの電極構造に挟まれたナノワイヤーアレイを有するように素子モデルを構築する。他の例では、一方の電極構造を高温の吸込温度（例えば、３００℃の標的熱源の温度）で排気熱交換器（ＥＨＸ）と熱接触させ、他方の電極を低温の吸込温度（例えば、略室温の冷却液）で冷却熱交換器（ＣＨＸ）と接触させる。さらに他の例では、２つの電極構造に挟まれるナノ構造の冗長アレイは、上記ＥＨＸの鏡面対称位置である反対側に取り付けられる。さらに他の例では、上記素子は、フローストリームの方向（ＥＨＸに逆流する冷却材の方向）に対して並行方向の長さＬｘおよび前記フローストリームの方向に対して垂直方向の幅Ｌｙを有する。さらに他の例では、ＬｘおよびＬｙの積によって上記素子のサイズＡｘｙが求められる。さらに他の例では、上記アレイおよび上記冗長アレイの両方のナノワイヤーアレイは、約２００μｍのワイヤー長および１００〜０．０１ｍｍ２の範囲の有効断面積を有すると想定される。さらに他の例では、上記アレイおよび上記冗長アレイの両方への電極構造は、１ミクロン〜１０００ミクロンの範囲の厚さ、および２×１０−９Ωｃｍ２の接触抵抗率を有する。さらに他の例では、上記電極構造はタングステンを含み、これに関連付けられる電気特性および熱特性が適用される。さらに他の例では、ＥＨＸおよびＣＨＸの両方については、複数の放熱フィンを伴う空間的に配置されたベースプレートを含む、ある種の標準的な特徴と併せて設計することが可能である。さらに他の例では、上記ＥＨＸの吸入口の温度は３００℃または６００℃である。さらに他の例では、上記アレイおよび上記冗長アレイは９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。
【０１５５】
特定の実施形態によれば、上記アレイおよび上記冗長アレイの素子パラメータについては、得られるＴＥＧ電力値に関して評価および最適化することが可能である。例えば、上記電極構造の材料の選択は、異なる材料用のＴＥＧ電力を直接比較することで容易に決定することが可能である。他の例では、タングステンはニッケルと鉄の合金（例えば、合金４２）と比較してより適した選択肢であることが見出された。さらに他の例では、上記電極構造の最適な厚さを決定することも可能である。
【０１５６】
図２１Ａおよび２１Ｂは、熱電素子の断面積を一定にした場合における電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、ナノワイヤーアレイの厚さ（例えば、ワイヤー長）は２００μｍに設定され、且つ、排気の吸入口の温度は６００℃に設定される。他の例では、電極構造の厚さが約５００μｍである場合、上記素子により得られるＴＥＧ電力は、特定の素子サイズＡｘｙにおいてピークを示す。
【０１５７】
図２２Ａおよび２２Ｂは、熱電素子の断面積を一定にした場合における電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。上記略図は一例に過ぎず、発明の範囲を不当に限定すべきではない。当業者であれば、多くの変形例、代替例、および変更例が存在することを認識するであろう。例えば、公称条件下では、ナノワイヤーアレイの厚さが厚くなると、ＴＥＧ電力が大きくなる。他の例では、排気の吸入口の温度もまた、ＴＥＧ電力の生成を左右する重要な役割を担っている。さらに他の例では、ＴＥＧ電力は、排気の吸入口の温度が６００℃である場合と３００℃である場合を比較すると、たとえ前者のナノワイヤーアレイの厚さが２００μｍという小さい高さであり、後者のナノワイヤーアレイの厚さが４５０μｍというより大きい高さであったとしても、前者の場合に得られる電力値が後者の場合に得られる電力値と比較して著しく高くなることが可能である。さらに他の例では、上記ナノワイヤーアレイの厚さは４５０μｍであり、且つ上記排気の吸入口の温度は３００℃である。
【０１５８】
一実施形態によれば、熱電素子は、ナノワイヤー、接触層、およびシャントを備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部および第２の端部を有する。上記接触層は、上記各ナノワイヤーの少なくとも第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記シャントは上記接触層に電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記素子は例えば、少なくとも図１、２、３、４、５、および／または６の記載に応じて実装される。
【０１５９】
他の例では、上記素子は、上記ナノワイヤーの間に配置された１つ以上の充填材をさらに備え、上記ナノワイヤーは、前記１つ以上の充填材によって互いに相対的な位置に固定される。さらに他の例では、上記ナノワイヤーの各々は、上記第１の端部に関連付けられる第１のセグメント、および上記第２の端部に関連付けられる第２のセグメントをさらに有する。上記第２のセグメントは実質的に、上記１つ以上の充填材に周囲を囲まれる。上記第１のセグメントは上記１つ以上の充填材から突出する。上記接触層は、各ナノワイヤーの少なくとも第１のセグメントを介して上記ナノワイヤーを電気的に接続する。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材の各々は、フォトレジスト、スピンオンガラス、スピンオンドーパント、エアロゲル、キセロゲル、窒化物、および酸化物からなる一群から選択される少なくとも１つの材料を含む。さらに他の例では、上記１つ以上の充填材の各々は、５０ワット毎メートル毎ケルビン未満の熱伝導率を伴う。さらに他の例では、上記第１の端部および上記第２の端部の間の距離は少なくとも３００μｍである。さらに他の例では、上記距離は少なくとも５２５μｍである。さらに他の例では、上記ナノワイヤーは、０．０１ｍｍ２未満の面積に対応する。さらに他の例では、上記ナノワイヤーは、１００ｍｍ２未満の面積を有する。さらに他の例では、上記素子は、少なくとも、ともに３５０℃より高温の昇華温度および溶解温度を伴う。さらに他の例では、上記溶解温度および上記昇華温度はともに８００℃より高温である。
【０１６０】
さらに他の例では、上記接触層は、半導体、半金属、および金属からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含む。さらに他の例では、半導体は、Ｓｉ，Ｇｅ、Ｃ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ｇａ、Ａｓ、およびＩｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、半金属は、Ｂ、Ｇｅ、Ｓｉ、およびＳｎからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、金属は、Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ，Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、およびＷＳｉからなる一群から選択される少なくとも１つを含む。さらに他の例では、上記接触層は、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴う。さらに他の例では、上記シャントは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐ、Ｂ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｗ、Ｍｇ、ＴｉＷ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ、グラファイト、スチール、ニッケルと鉄の合金、および、コバルトと、クロムと、ニッケルと、鉄と、モリブデンと、マンガンとの合金からなる一群から選択される少なくとも１つ以上の材料を含む。さらに他の例では、上記シャントは、１ｎｍ〜１００，０００ｎｍの範囲の厚さを伴う。
【０１６１】
さらに他の例では、上記素子は、上記接触層および上記シャントをカップリンさせる結合層をさらに備える。上記結合層は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、上記結合材は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含む。さらに他の例では、上記素子は、上記シャント上に形成された絶縁層をさらに備える。さらに他の例では、上記絶縁層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌ２Ｏ３からなる一群から選択される１つ以上の材料を含む。さらに他の例では、上記シャントは、上記ナノワイヤーを１つ以上の素子に電気的に接続するように構成される。
【０１６２】
さらに他の例では、上記接触層は、上記各ナノワイヤーの少なくとも上記第１の端部にカップリングされる１つ以上の第１の接触材、および、少なくとも前記１つ以上の第１の接触材を介して各ナノワイヤーを電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含む。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗とを伴う。上記１つ以上の第２の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、上記素子は、上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材にカップリンさせる結合層をさらに備える。上記結合層は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の熱抵抗を伴う。
【０１６３】
さらに他の例では、上記結合層は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される１つ以上の結合材を含む。さらに他の例では、上記第１の接触抵抗率および上記第２の接触抵抗率は等価である。さらに他の例では、上記第１の仕事関数および上記第２の仕事関数は等価である。さらに他の例では、上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は同一の接触材である。さらに他の例では、上記１つ以上の第１の接触材および上記１つ以上の第２の接触材は異なる接触材である。
【０１６４】
他の実施形態によれば、熱電素子は、ナノワイヤー、第１の電極構造、および第２の電極構造を備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を備える。上記第１の電極構造は、第１の接触層および第１のシャントを備える。上記第１の接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記第１のシャントは、上記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２の電極構造は、第２の接触層および第２のシャントを備える。上記第２の接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的にカップリンさせる。上記第２のシャントは、上記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては、実質的に互いに並行にである。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記素子は例えば、少なくとも図７Ａおよび／または７Ｂの記載に応じて実装される。
【０１６５】
他の例では、上記素子は、第１の接触を上記第１のシャントに接続する１つ以上の第１の結合材、および第２の接触を上記第２のシャントに接続する１つ以上の第２の結合材をさらに備える。上記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第１のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。上記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第２のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、上記第１の接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部に電気的にカップリングされる１つ以上の第１の接触材、および、少なくとも前記１つ以上の第１の接触材を介して各ナノワイヤーを電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を含む。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第３の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第３の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。上記１つ以上の第２の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴う。
【０１６６】
さらに他の例では、上記第１のシャントは、上記各ナノワイヤーの上記第１の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成される。さらに他の例では、上記第２のシャントは、上記各ナノワイヤーの上記第２の端部を、１つ以上の素子と電気的に接続するように構成される。
【０１６７】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子は、第１のナノワイヤー、第１の電極構造、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤー、および第２の電極構造を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造は第１の接触層および第１のシャントを備える。上記第１の接触層は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する。上記第１のシャントは上記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造は第２の接触層および第２のシャントを備える。上記第２の接触層は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する。上記第２のシャントは上記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記第２の端部は上記第４の端部と電気的にカップリングされる。上記素子は例えば、少なくとも図８Ａおよび／または８Ｂの記載に応じて実装される。
【０１６８】
他の例では、上記素子は、第１の側およびその反対側の第２の側を有する１つ以上の結合材を備える。上記第１の側は上記第２の端部に電気的にカップリングされ、上記第２の側は上記第４の端部に電気的にカップリングされる。上記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、上記１つ以上の結合材は、半田、ろう付け材、および銀系の金属接着剤からなる一群から選択される。さらに他の例では、上記素子は、第１の接触を上記第１のシャントに接続する１つ以上の第１の結合材、および第２の接触を上記第２のシャントと接続する１つ以上の第２の結合材を備える。上記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第１のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。上記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第２のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴う。
【０１６９】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子は、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤー、第１の電極構造、前記基板の第２の側に関連付けられる第２のナノワイヤー、および第２の電極構造を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造は第１の接触層および第１のシャントを備える。上記第１の接触層は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的に接続する。上記第１のシャントは上記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２のナノワイヤーは上記第１のナノワイヤーと異なる。上記第２の側は上記第１の側の反対側である。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造は第２の接触層および第２のシャントを備える。上記第２の接触層は、少なくとも上記第３の端部をそれぞれ介して上記第２のナノワイヤーを電気的に接続する。上記第２のシャントは上記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記素子は例えば、少なくとも図９Ａおよび／または９Ｂの記載に応じて実装される。
【０１７０】
さらに他の例では、上記素子は、第１の接触を上記第１のシャントに接続する１つ以上の第１の結合材、および第２の接触を上記第２のシャントに接続する１つ以上の第２の結合材をさらに備える。上記１つ以上の第１の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第１のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。上記１つ以上の第２の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲の第２のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第４の熱抵抗を伴う。
【０１７１】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子を製造する方法は、ナノワイヤーを形成する工程、接触層を堆積させる工程、およびシャントを形成する工程を備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部および第２の端部を有する。上記接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的に接続する。上記シャントは上記接触層に電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記方法は例えば、少なくとも図１０の記載に応じて実行される。
【０１７２】
他の例では、上記方法は、１つ以上の結合材を用いて上記接触層を上記シャントに結合させる工程をさらに備える。さらに他の例では、上記方法は、上記シャント上に絶縁層を形成する工程をさらに備える。さらに他の例では、接触層を堆積させる上記工程は、少なくとも上記各ナノワイヤーにおける上記第１の端部上に、１つ以上の第１の接触材を堆積させる工程、少なくとも前記１つ以上の第１の接触材を介して上記ナノワイヤーを電気的に接続する１つ以上の第２の接触材を堆積させる工程を備える。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記１つ以上の第１の接触材の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記１つ以上の第１の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記１つ以上の第２の接触材は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、接触層を形成する上記工程は、１つ以上の結合材を用いて上記１つ以上の第１の接触材を上記１つ以上の第２の接触材と結合させる工程をさらに備える。
【０１７３】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子を製造する方法は、ナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、および第２の電極構造を形成する工程を備える。上記ナノワイヤーの各々は、第１の端部およびこの反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造の形成は、第１の接触層を堆積させる工程、および第１のシャントを形成する工程を備え、前記第１の接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第１の端部を介して該ナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第１のシャントは、前記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２の電極構造の形成は、第２の接触層を堆積させる工程、および第２のシャントを形成する工程を備え、前記第２の接触層は、上記各ナノワイヤーにおける少なくとも上記第２の端部を介して該ナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第２のシャントは、前記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記ナノワイヤーの全ては、実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は、１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第２の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は、０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記方法は例えば、少なくとも図１０の記載に応じて実行される。
【０１７４】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子を製造する方法は、第１のナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、前記第１のナノワイヤーと異なる第２のナノワイヤーを形成する工程、第２の電極構造を形成する工程、および第２の端部を第４の端部と電気的に接続する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を備える。上記第１の電極構造の形成は、第１の接触層を堆積させる工程、および第１のシャントを形成する工程を備え、前記第１の接触層は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第１のシャントは前記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびこれの反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造の形成は、第２の接触層を堆積させる工程、および第２のシャントを形成する工程を備え、前記第２の接触層は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第２のシャントは前記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記方法は例えば、少なくとも図１８の記載に応じて実行される。
【０１７５】
さらに他の例では、上記第２の端部を上記第４の端部と接続する上記工程は、１つ以上の結合材を用いて上記第２の端部を上記第４の端部と結合させる工程を備える。上記１つ以上の結合材は、第１の側およびその反対側の第２の側を有する。上記第１の側は上記第２の側と電気的にカップリングされる。上記第２の側は上記第４の端部と電気的にカップリングされる。上記１つ以上の結合材は、１０−１０Ω／□〜１０Ω／□の範囲のシート抵抗および１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第３の熱抵抗を伴う。さらに他の例では、上記方法は、第５の端部およびその反対側の第６の端部をそれぞれ有する第３のナノワイヤーを形成する工程をさらに備える。上記第２の端部を上記第４の端部と電気的に接続する上記工程は、１つ以上の第１の結合材を用いて上記第２の端部を上記第５の端部と結合させる工程、および１つ以上の第２の結合材を用いて上記第４の端部を上記第６の端部と結合させる工程を備える。上記第３のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。
【０１７６】
さらに他の実施形態によれば、熱電素子を製造する方法は、基板の第１の側に関連付けられる第１のナノワイヤーを形成する工程、第１の電極構造を形成する工程、前記基板の第２の側に関連付けられる第２のワイヤーを形成する工程、および第２の電極構造を形成する工程を備える。上記第１のナノワイヤーの各々は、第１の端部およびその反対側の第２の端部を有する。上記第１の電極構造の形成は、第１の接触層を堆積させる工程、および第１のシャントを形成する工程を備え、前記第１の接触層は、少なくとも上記第１の端部のそれぞれを介して上記第１のナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第１のシャントは前記第１の接触層に電気的にカップリングされる。上記第２のナノワイヤーは上記第１のナノワイヤーと異なるナノワイヤーである。上記第２の側は上記第１の側の反対側である。上記第２のナノワイヤーの各々は、第３の端部およびその反対側の第４の端部を有する。上記第２の電極構造の形成は、第２の接触層を堆積させる工程、および第２のシャントを形成する工程を備え、前記第２の接触層は、少なくとも上記第３の端部のそれぞれを介して上記第２のナノワイヤーを電気的にカップリングさせ、前記第２のシャントは前記第２の接触層に電気的にカップリングされる。上記第１のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第２のナノワイヤーの全ては実質的に互いに並行である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第１の端部および上記第１の接触層の間の第１の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第１の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第１の熱抵抗を伴う。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の接触抵抗率は１０−１３Ω‐ｍ２〜１０−７Ω‐ｍ２の範囲である。上記第３の端部および上記第２の接触層の間の第２の仕事関数は０．８エレクトロンボルト未満である。上記第２の接触層は、１０−２Ｋ／Ｗ〜１０１０Ｋ／Ｗの範囲の第２の熱抵抗を伴う。上記方法は例えば、少なくとも図１９の記載に応じて実行される。
【０１７７】
本発明の特定の実施形態について説明を行ってきたが、当業者であれば、上に記載した実施形態と同等の他の実施形態があることを理解されるであろう。例えば、本発明の多様な実施形態および／または実施例を組み合わせることが可能である。したがって、本発明は、上で説明した特定の実施形態により限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る電極構造を設けたナノワイヤーアレイを示す略図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【図９Ａ】本発明の他の実施形態に係る熱電素子の枝部を示す略図である。
【図９Ｂ】本発明の他の実施形態に係る熱電素子の一部を示す略図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、１つ以上の基板にナノ構造アレイを形成する工程を示す略図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板を用意する工程に用いる基板を示す略図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、図１１に示すような工程によって形成する基板内のナノ構造アレイを示す略図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板内のナノ構造アレイを充填する工程を示す略図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、図１３の工程が形成する基板内の充填したナノ構造アレイの略図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイ上に１つ以上の接触層を形成する工程を示す略図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、平坦化工程が形成する基板内の充填および平坦化されたナノ構造アレイの略図である。
【図１６Ｂ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造セグメントを露出させる工程によって露出セグメントが形成されている、充填および平坦化されたナノ構造アレイの略図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出前の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図１７Ｂ】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、ナノ構造アレイの露出セグメントの露出後の表面を示す走査型電子顕微鏡像である。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に係る、ナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法を示す略図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係るナノ構造アレイ上に電極構造を形成する方法の一部として、基板の一方の側およびその反対側にナノ構造アレイを形成する工程により基板の一方の側およびその反対側にナノワイヤーアレイを形成した基板の略図である。
【図２１Ａ】熱電素子の断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【図２１Ｂ】熱電素子の断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【図２２Ａ】断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【図２２Ｂ】断面積を一定とした場合における、電極構造の異なる厚さ毎に、素子サイズに対してプロットしたＴＥＧ電力を示す略図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【国際調査報告】
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