(57)【要約】  本発明は、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子（21）において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することを目的とする。本発明の熱電変換素子は、膜厚方向（Z）の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜（21）と、前記磁性金属膜に積層されて前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向（y）に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜（22）と、の積層膜（23）と、前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向（x）に離隔して並設された一対の端子（24）と、を有する。
2018146713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、  前記磁性金属膜に積層されて前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜と、  前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設された一対の端子と、を有する熱電変換素子。
【請求項２】
前記磁性金属膜は、異常ネルンスト効果により前記第１の起電力を生じる、請求項１記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記磁性金属膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、請求項１または２記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記反強磁性金属膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第２の起電力を生じる、請求項１から３の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項５】
前記端子は、前記磁化方向の垂直方向に並設されている、請求項１から４の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項６】
前記端子は、前記第１の起電力と前記第２の起電力を加算して出力する、請求項１から５の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記積層膜に積層され、前記磁性金属膜の磁化方向に磁化し、膜厚方向の温度勾配によって生じるスピン流を前記積層膜に注入する磁性絶縁体膜を有し、前記積層膜は前記磁性絶縁体膜のスピン流により第３の起電力を生じる、請求項１から６の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記磁性絶縁体膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、請求項７記載の熱電変換素子。
【請求項９】
前記積層膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第３の起電力を生じる、請求項７または８記載の熱電変換素子。
【請求項１０】
前記端子は、さらに前記第３の起電力を加算して出力する、請求項７から９の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１１】
前記積層膜の前記端子が並設されている膜面を覆うキャップ膜を有する、請求項１から１０の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１２】
前記磁性金属膜の膜厚と前記反強磁性金属膜の膜厚は、各々、１０ｎｍ以下、1ｎｍ以上である、請求項１から１１の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１３】
前記積層膜が複数積層されている、請求項１から１２の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１４】
前記反強磁性金属膜は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選択される少なくとも一つの元素とＭｎとを含む、請求項１から１３の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１５】
基板上に、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜を成膜し、  前記積層膜の成膜時もしくは成膜後に、前記反強磁性金属膜により前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、  一対の端子を前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設する、熱電変換素子の製造方法。
【請求項１６】
前記磁性金属膜は、異常ネルンスト効果により前記第１の起電力を生じる、請求項１５記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項１７】
前記磁性金属膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、請求項１５または１６記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項１８】
前記反強磁性金属膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第２の起電力を生じる、請求項１５から１７の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項１９】
前記端子は、前記磁化方向の垂直方向に並設されている、請求項１５から１８の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２０】
前記端子は、前記第１の起電力と前記第２の起電力を加算して出力する、請求項１５から１９の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２１】
膜厚方向の温度勾配によって生じるスピン流を前記積層膜に注入する磁性絶縁体膜を、前記磁性絶縁体膜のスピン流により第３の起電力を生じる前記積層膜に積層し、  前記磁性絶縁体膜の磁化を前記磁性金属膜の磁化方向に着磁する、請求項１５から２０の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２２】
前記磁性絶縁体膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、請求項２１記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２３】
前記積層膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第３の起電力を生じる、請求項２１または２２記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２４】
前記端子は、さらに前記第３の起電力を加算して出力する、請求項２１から２３の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２５】
前記積層膜の前記端子が並設されている膜面を覆うキャップ膜を成膜する、請求項１５から２４の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２６】
前記磁性金属膜の膜厚と前記反強磁性金属膜の膜厚は、各々、１０ｎｍ以下、1ｎｍ以上である、請求項１５ら２５の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２７】
前記積層膜を複数積層する、請求項１５ら２６の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【請求項２８】
前記反強磁性金属膜は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選択される少なくとも一つの元素とＭｎとを含む、請求項１５ら２７の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スピンゼーベック効果および異常ネルンスト効果に基づく熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】  持続可能な社会に向けた熱マネジメント技術の一つとして、熱電変換素子への期待が高まっている。熱は、体温、太陽熱、エンジン、工業排熱など様々な場面から回収することができる最も一般的なエネルギー源のひとつである。このことから熱電変換は、エネルギー利用の高効率化や、ユビキタス端末・センサ等への給電、あるいは熱流センシングによる熱の流れの可視化といった様々な場面において、ますます重要となることが予想される。【０００３】  このような中で、磁性材料に温度勾配を与えることでスピン角運動量の流れ（以降、スピン流と呼ぶ）を生成する、スピンゼーベック効果（Ｓｐｉｎ  Ｓｅｅｂｅｃｋ  Ｅｆｆｅｃｔ）や異常ネルンスト効果（Ａｎｏｍａｌｏｕｓ  Ｎｅｒｎｓｔ  Ｅｆｆｅｃｔ）に基づく熱電変換素子の関連技術が、特許文献１〜３に開示されている。【０００４】  スピンゼーベック効果に基づく熱電変換素子は、特許文献１〜３に開示されているように、一方向に磁化している磁性絶縁体膜もしくは磁性金属膜と、導電性の非磁性金属膜の積層構造によって構成される。この素子に膜面に垂直方向の温度勾配を与えると、スピンゼーベック効果によって磁性絶縁体膜もしくは磁性金属膜にスピン流が誘起される。このスピン流が非磁性金属膜に注入されると、非磁性金属膜の逆スピンホール効果（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｓｐｉｎ  Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ）によって、非磁性金属膜の膜面内方向に電流が流れて起電力が生じる。特に、磁性絶縁体膜は熱伝導率が比較的小さいため、温度勾配を大きくすることができ好適である。【０００５】  また、異常ネルンスト効果に基づく熱電変換素子は、特許文献１に開示されているように、一方向に磁化しているＮｉやＦｅなどの磁性金属膜によって構成される。この素子に膜面に垂直方向の温度勾配を与えると、磁性金属膜の異常ネルンスト効果によって、磁性金属膜の膜面内方向に電流が流れて起電力が生じる。【０００６】  スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果は、いずれも膜面に垂直方向の温度勾配によって膜面内方向に起電力を誘起することから、特許文献１では、これら２つの効果を併用する熱電変換素子に言及している。フェライトのような磁性絶縁体膜とＮｉのような磁性金属膜との積層構造に、膜面に垂直方向の温度勾配を与えると、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果とが同時に発現する（非特許文献１）。このときスピンゼーベック効果の起電力と異常ネルンスト効果の起電力とが加算されることにより、より大きな起電力を得ることができる。【０００７】  また、特許文献４には、磁性金属膜の磁化を一方向に固定する関連技術として、反強磁性膜の交換結合を用いて磁化を一方向に固定する方法を用いた温度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−８０３９４号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１６３３３号公報
【特許文献３】特開２００９−１３００７０号公報
【特許文献４】特開平９−１１３３７９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｂ．Ｆ．Ｍｉａｏ，Ｓ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｄ．Ｑｕ，ａｎｄ  Ｃ．Ｌ．Ｃｈｉｅｎ，“Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｓｐｉｎ  Ｈａｌｌ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ａ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１１１，０６６６０２，２０１３．
【非特許文献２】Ｔ．Ｎｉｉｚｅｋｉ，Ｔ．Ｋｉｋｋａｗａ，Ｋ．Ｕｃｈｉｄａ，Ｍ．Ｏｋａ，Ｋ．Ｚ．Ｓｕｚｕｋｉ，ａｎｄ  Ｈ．Ｙａｎａｇｉｈａｒａ，“Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｓｐｉｎ−Ｓｅｅｂｅｃｋ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｃｏｂａｌｔ−ｆｅｒｒｉｔｅ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ”，ＡＩＰ  Ａｄｖａｎｃｅｓ  ５，０５３６０３，２０１５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  しかしながら、特許文献１や非特許文献１に開示されているスピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子では、安定した熱電変換を行うために、磁性絶縁体膜や磁性金属膜の磁化を一方向に固定することにおいて課題を有している。【００１１】  磁性絶縁体膜や磁性金属膜の磁化を一方向に固定するためには、磁化を固定する方向に外部からバイアス磁場を印加すればよい。しかしながら、素子構造の単純さや使いやすさといった素子の利便性を鑑みると、外部バイアス磁界なしで磁化が固定されていることが望ましい。この場合には、磁化を一方向に固定するための大きな保磁力を有する磁性材料が必要となる。【００１２】  磁性絶縁体膜と磁性金属膜の内で、磁性絶縁体膜においては、保磁力が４ｋＯｅ（エルステッド）と大きいコバルトフェライトを用いることが非特許文献２に開示されている。このコバルトフェライトを一方向に着磁することによって、安定した熱電変換を可能とする磁化の固定が可能である。一方、磁性金属膜においては、高い熱電変換性能を有しつつ磁化を一方向に固定するための大きな保磁力を有する磁性材料は知られていない。そのため、磁化を一方向に固定することができず、安定した熱電変換動作ができない。【００１３】  本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の熱電変換素子は、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、前記磁性金属膜に積層されて前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜と、前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設された一対の端子と、を有する。【００１５】  本発明の熱電変換素子の製造方法は、基板上に、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜を成膜し、前記積層膜の成膜時もしくは成膜後に、前記反強磁性金属膜により前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、一対の端子を前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設する。
【発明の効果】
【００１６】  本発明の熱電変換素子によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の別の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子のさらに別の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の製造方法の一部を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の実施例を示す斜視図である。
【図７Ａ】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の実施例の熱電変換特性を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の比較例の熱電変換特性を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の熱電変換素子の別の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の熱電変換素子の実施例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の熱電変換素子の実施例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。（第１の実施形態）  図１は、本発明の第１の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。本実施形態の熱電変換素子１は、磁性金属膜１１と反強磁性金属膜１２との積層膜１３を有する。磁性金属膜１１は、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる。反強磁性金属膜１２は、磁性金属膜１１に積層されて磁性金属膜１１の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる磁性金属膜１１のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる。さらに、積層膜１３の膜面上に磁性金属膜１１の磁化方向と異なる方向に離隔して並設された一対の端子を有する。
【００１９】  以上の熱電変換素子１によれば、膜厚方向（図１ではｚ軸方向）の温度勾配によって、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果とによる熱電変換で起電力（図１ではｘ軸正方向）を得る。このために、磁性金属膜１１の磁化を、反強磁性金属膜１２との交換結合によって所定の方向（図１ではｙ軸正方向）に固定することができる。よって、磁性金属膜１１の磁化を固定するために外部から磁界を印加する必要がないため、素子構造を複雑にしたり素子を使いにくくしたりすることがなくて済む。
【００２０】  以上のように、本実施形態によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することができる。（第２の実施形態）  図２は、本発明の第２の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。本実施形態の熱電変換素子２は、基板２０上に成膜された磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２との積層膜２３と、起電力を取り出すための１対の端子２４とを有する。
【００２１】  磁性金属膜２１は、異常ネルンスト効果やスピンゼーベック効果を発現する磁性体材料であり、所定の方向（図２ではｙ軸正方向）に磁化が固定されている。磁性金属膜２１は、膜厚方向の温度勾配によって生じる異常ネルンスト効果によりｘ軸方向に第１の起電力を生じる。
【００２２】  反強磁性金属膜２２は、磁性金属膜２１に積層されて磁性金属膜２１の磁化を所定の方向（ｙ軸正方向）に固定する。反強磁性金属膜２２は、膜厚方向の温度勾配によって生じる磁性金属膜２１のスピンゼーベック効果によるスピン流の注入を受けて、スピン流に対する逆スピンホール効果によりｘ軸方向に第２の起電力を生じる。
【００２３】  １対の端子２４は、積層膜２３の膜面上に所定の方向（ｙ軸正方向）に垂直な方向（ｘ軸方向）に離隔して並設されている。これにより端子２４は、ｘ軸方向に生じる第１の起電力と第２の起電力とが加算された起電力を出力することができる。１対の端子２４はまた、積層膜２３の膜面内に所定の方向（ｙ軸正方向）と異なる方向に離隔して並設されていれば、前記の起電力を出力することができる。
【００２４】  なお、積層膜２３において、磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２の積層の順序は逆でもよい。すなわち、端子２４との接続は、磁性金属膜２１の表面であっても反強磁性金属膜２２の表面であってもよい。
【００２５】  以上の熱電変換素子２の動作を以下に説明する。
【００２６】  熱電変換素子２の膜厚方向（ｚ軸方向）に温度勾配を与えると、磁性金属膜２１には、磁性金属膜２１の異常ネルンスト効果によって磁化の方向（ｙ軸正方向）と温度勾配の方向（ｚ軸方向）とに垂直な方向（ｘ軸方向）に電流が流れて起電力が生じる（第１の起電力）。
【００２７】  さらに、磁性金属膜２１は、温度勾配によって生じるスピンゼーベック効果により、温度勾配の方向（ｚ軸方向）にスピン流を生じる。磁性金属膜２１で生じたスピン流が反強磁性金属膜２２に注入されると、反強磁性金属膜２２のスピン軌道相互作用が大きいことにより、反強磁性金属膜２２にはスピン流に対しての逆スピンホール効果が生じる。この逆スピンホール効果により、反強磁性金属膜２２にはスピン流の方向（ｚ軸方向）と磁化の方向（ｙ軸正方向）とに垂直な方向（ｘ軸方向）に電流が流れて起電力が生じる（第２の起電力）。
【００２８】  ここで、異常ネルンスト効果による第１の起電力と、スピンゼーベック効果による第２の起電力とは、磁性材料の種類によって、同じ極性になる場合もあれば、逆の極性になる場合もある。第１の起電力と第２の起電力とが同じ極性になる場合、双方の起電力が加算された起電力を得ることができる。また、第１の起電力と第２の起電力とが逆の極性になる場合、双方の起電力の差分が出力される。すなわち、第１の起電力と第２の起電力の極性を制御することによって、利用目的に応じた大きい起電力や小さい起電力を、端子２４から得ることが可能である。
【００２９】  このとき磁性金属膜２１の磁化は、反強磁性金属膜２２と磁性金属膜２１との界面で生じる交換結合による交換結合磁界により、所定の方向（ｙ軸正方向）に固定されている。このため、外部磁場の揺らぎなどがある環境下であっても、磁性金属膜２１の磁化の向きは安定している。これにより熱電変換素子２は、安定した熱電変換動作を行うことができる。
【００３０】  磁性金属膜２１の材料としては、異常ネルンスト効果を生じる磁性材料であればよい。具体的には、例えば、ＦｅやＮｉやＣｏなどの強磁性金属や、Ｆｅ系磁性合金やＮｉ系磁性合金やＣｏ系磁性合金などの磁性合金を用いることができる。
【００３１】  反強磁性金属膜２２の材料としては、スピン軌道相互作用が大きいことにより逆スピンホール効果を生じることのできる磁性材料であればよい。具体的には、Ｍｎを母材として５ｄ遷移金属元素あるいは貴金属元素を含む反強磁性合金が望ましく、例えば、Ｍｎ３Ｐｔ、Ｍｎ８０Ｉｒ２０、Ｍｎ−Ｒｈ、Ｍｎ−Ｐｄ合金などが望ましい。
【００３２】  磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２の膜厚は、交換結合磁界が膜厚の増大とともに減少することから、双方とも１０ｎｍ以下とすることが望ましい。また、安定した磁気特性を得るために双方とも１ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００３３】  端子２４は、積層膜２３の表面に、ｘ軸方向に生じる起電力を出力できるように並設されている。端子２４は、ｘ軸方向に離隔して並設されることが望ましいが、これには限定されない。磁性金属膜２１の磁化方向と異なる方向に離隔して並設されていれば、起電力を出力することができる。
【００３４】  端子２４の材料としては、抵抗率の低い金属材料が望ましく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いることができる。また、端子２４の膜厚は、起電力を取り出す際の電気的な接続を安定化するために、磁性金属膜２１や反強磁性金属膜２２の膜厚よりも厚いことが望ましい。より望ましくは３０ｎｍ以上である。
【００３５】  端子２４を電圧計に接続することで、起電力を測定することができる。また、端子２４を蓄電池に接続することで、起電力を蓄電することができる。また、端子を電子回路中の電源回路に接続することで、起電力による電子回路の動作が可能である。
【００３６】  図３は、本実施形態の熱電変換素子の別の構成を示す斜視図である。図３の熱電変換素子２ａが図２の熱電変換素子２と異なる点は、熱電変換素子２ａでは積層膜２３の表面を保護するキャップ膜２５が設けられている点である。その他の構造は、図２の熱電変換素子２と同じである。
【００３７】  キャップ膜２５は、磁性金属膜２１や反強磁性金属膜２２が酸化することで磁気特性が劣化するのを防ぐことができる。よって、キャップ膜２５を設けることによって、熱電変換動作をさらに安定化することができる。キャップ膜２５の材料としては、酸化しにくい金属であるＰｔやＡｕ、また、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などの有機高分子材料を用いることができるが、これらには限定されない。
【００３８】  図４は、本実施形態の熱電変換素子のさらに別の構成を示す斜視図である。図４の熱電変換素子２ｂが図３の熱電変換素子２ａと異なる点は、熱電変換素子２ｂでは、積層膜２３の表面にパッド２６を設け、パッド２６を介して端子２４を引き出している点である。その他の構造は、図３の熱電変換素子２ａと同じである。
【００３９】  パッド２６は、起電力を出力できるよう、ｘ軸方向に並設されている。パッド２６は、端子２４よりも広い面積を有して積層膜２３に接続することができるので、起電力を安定的に端子２４に供給することができる。よって、パッド２６を設けることによって、熱電変換動作で生じた起電力をより安定的に出力することができる。なお、パッド２６は、キャップ膜２５が金属などの導電体の場合、キャップ膜２５の表面に設けられてもよい。
【００４０】  パッド２６の材料としては、抵抗率の低い金属材料が望ましく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｃｕなどを用いることができる。また、パッド２６の膜厚は、起電力を取り出す際の電気的な接続を安定化するために、磁性金属膜２１や反強磁性金属膜２２の膜厚よりも厚いことが望ましい。より望ましくは３０ｎｍ以上である。
【００４１】  次に、本実施形態の熱電変換素子２の製造方法を説明する。
【００４２】  まず、基板２０上に、磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２の積層膜２３を成膜する。成膜方法としては、スパッタ法やパルスレーザー堆積法や電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法を用いることができる。この成膜を、図５に示すように所定の方向（ｙ軸正方向）に外部磁界を印加した中で行うことで、磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２との界面での交換結合により、磁性金属膜２１の磁化を所定の方向（ｙ軸正方向）に固定することができる。
【００４３】  また、積層膜２３の成膜の後に、所定の方向（ｙ軸正方向）に外部磁界を印加した中で、熱処理を行うことができる。この熱処理により、磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２との交換結合の発現や強化が可能であることから、磁性金属膜２１の磁化を所定の方向（ｙ軸正方向）により強固に固定することができる。
【００４４】  なお、磁性金属膜２１と反強磁性金属膜２２の基板２０上への成膜の順序は、磁性金属膜２１が先であっても、反強磁性金属膜２２が先であってもよい。
【００４５】  キャップ膜２５を形成する場合、積層膜２３の成膜に引き続いて、キャップ膜２５を成膜することができる。キャップ膜２５を物理蒸着法で成膜する場合は、積層膜２３の成膜時の真空状態を持続させて、積層膜２３の表面を大気中に曝露することなくキャップ膜２５を成膜することができる。
【００４６】  次に、積層膜２３の表面に、ｘ軸方向に並設した１対の端子２４を形成する。端子２４は、端子２４を構成する材料を所望の厚さに成膜し、所望の形状に加工する。このときの成膜方法としては、スパッタ法やパルスレーザー堆積法や電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法を用いることができる。また、加工方法としては、フォトリソグラフィにより所望の形状のマスクを形成し、このマスクを用いたドライエッチングやウエットエッチングにより、端子２４の形状に加工することができる。
【００４７】  実施例１：  図６は、本実施形態の熱電変換素子の実施例１を示す斜視図である。実施例１の熱電変換素子は、基板２０として厚さ０．７ｍｍの置換ガドリニウムガリウムガーネット基板（ＳＧＧＧ、組成は（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２）を、磁性金属膜２１として膜厚４ｎｍのＮｉ膜を、反強磁性金属膜２２として膜厚４ｎｍのＭｎ−Ｉｒ合金（組成はＭｎ８０Ｉｒ２０）膜を、それぞれ用いた。さらにＭｎ−Ｉｒ膜の表面に、キャップ膜２５として膜厚１．５ｎｍのＰｔ膜を形成した。
【００４８】  以上の各膜は、それぞれＮｉ、Ｍｎ−Ｉｒ合金、Ｐｔのターゲット材料を用いて、アルゴンガス中のマグネトロンスパッタ法により成膜した。この成膜の際には、図５に示すようにｙ軸正方向（所定の方向）に磁界を印加した。磁界は、ネオジウム系磁石の磁極を対向させた磁極間で発生させた一方向の磁界であり、基板の位置で約４ｋＯｅとした。
【００４９】  さらに、端子２４として、膜厚３０ｎｍのＡｕ膜をマグネトロンスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィとイオンミリングにより、ｘ軸方向に離隔して並べた１対の端子を形成した。
【００５０】  また、図６の熱電変換素子の比較例として、反強磁性金属膜２２であるＭｎ−Ｉｒ膜を除いた熱電変換素子を作製した。比較例としての熱電変換素子は、Ｍｎ−Ｉｒ膜を除いている以外は、実施例１の熱電変換素子と同じとした。
【００５１】  以上の実施例１の熱電変換素子と、比較例の熱電変換素子の熱電変換特性を評価し比較した。
【００５２】  図７Ａは、実施例１の熱電変換素子の、また、図７Ｂは、比較例の熱電変換素子の、各々の熱電変換特性として、起電力の磁界依存性を示す図である。図７Ａおよび図７Ｂは、基板からキャップ膜表面に向けての温度勾配ΔＴを８Ｋ、０Ｋ、−８Ｋとした場合について、ｙ軸方向に印加する磁界（横軸）の大きさと極性を変えながら、起電力（縦軸）を端子で測定した結果を示している。
【００５３】  図７Ａでは、磁界が０Ｏｅのときに、温度勾配ΔＴに対応した起電力が得られた。すなわち、ΔＴが８Ｋでは正の起電力が、０Ｋでは０の起電力が、−８Ｋでは負の起電力が得られた。このことは、外部磁界のない状態でＮｉ膜の磁化がｙ軸正方向に固定されていることによって、正常な熱電変換動作が行われていることを示している。
【００５４】  また、図７Ａでは、磁界を正（ｙ軸正方向）に増大させた場合、温度勾配ΔＴに対応した起電力が安定的に得られた。一方、磁界を負（ｙ軸負方向）に増大させた場合、−２００Ｏｅ前後で起電力の極性が反転した。これは、Ｍｎ−Ｉｒ膜とＮｉ膜との交換結合によりｙ軸正方向に２００Ｏｅ程度の交換結合磁界が発生し、この交換結合磁界により、Ｎｉの磁化がｙ軸正方向に固定されたことを示している。
【００５５】  −２００Ｏｅ前後での起電力の極性の反転は、外部磁界が交換結合磁界よりも大きくなった結果、Ｎｉ膜の磁化がｙ軸負方向に反転したことを示している。なお、ｙ軸負方向に反転したＮｉ膜の磁化は、外部磁界が取り去られると、交換結合磁界によって再びｙ軸正方向に固定される。
【００５６】  以上のように、実施例１の熱電変換素子では、外部磁界のない状態、もしくは−２００Ｏｅ程度以下の磁界中であれば、温度勾配ΔＴに対応した起電力が得られた。これは、Ｍｎ−Ｉｒ膜とＮｉ膜との交換結合によりＮｉ膜の磁化がｙ軸正方向に固定されたことによる。
【００５７】  一方、図７Ｂでは、磁界が０Ｏｅのときに、起電力は正から負にわたって大きく変化し、温度勾配ΔＴに対応した起電力が安定的に得られなかった。このことは、外部磁界のない状態ではＮｉ膜の磁化がｙ軸正方向に固定されることなく不安定となっていたために、正常な熱電変換動作が行われなかったことを示している。
【００５８】  一方、図７Ｂでは、磁界を正（ｙ軸正方向）もしくは負（ｙ軸負方向）に増大させた場合、温度勾配ΔＴに対応した起電力が安定的に得られた。これは、外部磁界によって、Ｎｉの磁化がｙ軸正方向もしくはｙ軸負方向に固定されたことを示している。しかしながら、外部磁界によって固定されたＮｉ膜の磁化は、外部磁界が取り去られると、再び不安定になる。
【００５９】  以上のように、実施例１の比較例の熱電変換素子では、外部磁界のない状態では安定した起電力が得られなかった。そして、安定した起電力を得るためには、外部磁界を所定の方向に印加しなければならなかった。
【００６０】  以上の本実施形態の熱電変換素子２および実施例１の熱電変換素子によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果とによる熱電変換で起電力を得るために、反強磁性金属膜との交換結合によって磁性金属膜の磁化を所定の方向に固定することができる。これにより、磁性金属膜の磁化を所定の方向に固定するために外部から磁界を印加する必要がなく、素子構造を複雑にしたり素子を使いにくくしたりすることがなくて済む。
【００６１】  以上のように、本実施形態および本実施例によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することができる。（第３の実施形態）  図８は、本発明の第３の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。本実施形態の熱電変換素子３が第２の実施形態の熱電変換素子２と異なる点は、熱電変換素子３では、基板３０と、磁性金属膜３１と反強磁性金属膜３２の積層膜３３との間に、磁性絶縁体膜３５が設けられている点である。その他の構成、すなわち、基板３０や、磁性金属膜３１と反強磁性金属膜３２との積層膜３３や、１対の端子３４は、熱電変換素子２と同じである。
【００６２】  磁性絶縁体膜３５は、スピンゼーベック効果を発現する磁性材料である。磁性絶縁体膜３５の磁化は、磁性金属膜３１の磁化と同様に、所定の方向（図８ではｙ軸正方向）に固定されている。磁性絶縁体膜３５は、膜厚方向（ｚ軸方向）の温度勾配によって生じるスピンゼーベック効果により、膜厚方向（ｚ軸方向）にスピン流を生じる。
【００６３】  磁性金属膜３１と反強磁性金属膜３２は、磁性絶縁体膜３５で生じたスピン流の注入を受けて、スピン流に対する逆スピンホール効果によりｘ軸方向に第３の起電力を生じる。
【００６４】  １対の端子３４は、磁性金属膜２１の異常ネルンスト効果によって生じる第１の起電力と、磁性金属膜３１のスピンゼーベック効果により生じたスピン流に対して反強磁性金属膜３２の逆スピンホール効果によって生じる第２の起電力と、第３の起電力とが加算された起電力を出力する。
【００６５】  磁性絶縁体膜３５の材料としては、スピンゼーベック効果を発現する絶縁性の磁性材料であればよい。具体的には、例えば、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ、組成はＹ３Ｆｅ５Ｏ１２）や、ビスマス（Ｂｉ）を添加したＹＩＧ（Ｂｉ：ＹＩＧ、組成はＢｉＹ２Ｆｅ５Ｏ１２）や、Ｃｏフェライト（組成はＣｏＦｅ２Ｏ４）や、Ｎｉ−Ｚｎフェライト（組成は（Ｎｉ，Ｚｎ）ＸＦｅ３−ＸＯ４））などを用いることができる。
【００６６】  磁性絶縁体膜３５の磁化は、磁性絶縁体膜３５の材料の保磁力よりも大きい磁界を所定の方向に印加することによる着磁により、所定の方向に固定される。磁性絶縁体膜３５の材料の保磁力が大きいことにより、磁界を取り去った後も、磁性絶縁体膜３５の磁化は所定の方向を保持することができる。
【００６７】  磁性絶縁体膜３５を設けることによる第１の効果は、磁性絶縁体膜３５のスピンゼーベック効果に基づく前記の第３の起電力が、第１と第２の起電力に加算されることにより、大きな起電力が得られるようになることである。さらに、磁性絶縁体膜３５の第２の効果は、磁性絶縁体膜３５は酸化物などであるため熱伝導率が小さいことから、膜厚方向での温度勾配を大きくすることができ、大きな起電力が得られることである。
【００６８】  なお、磁性絶縁体層３５の膜厚は、熱電変換性能を大きくするためには、磁性絶縁体材料のスピン緩和長と同程度かそれ以上が望ましい。具体的には、磁性絶縁体層３５の膜厚は５０ｎｍ以上が望ましい。
【００６９】  なお、磁性絶縁体膜３５に起因する第３の起電力の極性は、磁性絶縁体膜３５の材料の種類や、磁性絶縁体膜３５の磁化をｙ軸正方向に固定するかｙ軸負方向に固定するかによって、制御することができる。
【００７０】  図９は、本実施形態の熱電変換素子の別の構成を示す斜視図である。図９の熱電変換素子３ａが図８の熱電変換素子３と異なる点は、熱電変換素子３ａでは積層膜３３ａの磁性金属膜３１と反強磁性金属膜３２の積層の順序が、熱電変換素子３の積層膜３３の積層の順序と逆である点である。その他の構造は、図８の熱電変換素子３と同じである。
【００７１】  熱電変換素子３ａにおいても、反強磁性金属膜３２と磁性金属膜３１との界面での交換結合により、磁性金属膜３１の磁化を所定の方向（ｙ軸正方向）に固定することができる。
【００７２】  また、反強磁性金属膜３２は、磁性絶縁体膜３５からのスピン流と磁性金属膜３１からのスピン流とから、逆スピンホール効果によって起電力を生じることができる。さらに、反強磁性金属膜３２は、磁性絶縁体膜３５からのスピン流を磁性金属膜３１へ効率よく伝える中間層の役割を果たす。磁性金属膜３１は、磁性絶縁体膜３５からのスピン流を受けて、逆スピンホール効果によって起電力を生じることができる。
【００７３】  実施例２：  図１０は、本実施形態の熱電変換素子の実施例２を示す斜視図である。実施例２の熱電変換素子は、基板２０として厚さ０．５ｍｍのＭｇＡｌ２Ｏ４（ＭＡＯ）を、磁性絶縁体膜３５として膜厚１００ｎｍのコバルトフェライト膜（組成はＣｏＦｅ２Ｏ４）を、磁性金属膜２１として膜厚４ｎｍのＮｉ膜を、反強磁性金属膜２２として膜厚４ｎｍのＭｎ−Ｉｒ合金（組成はＭｎ８０Ｉｒ２０）膜を、それぞれ用いた。さらに、Ｍｎ−Ｉｒの表面に、キャップ膜２５として膜厚１．５ｎｍのＰｔ膜を形成した。
【００７４】  実施例２の熱電変換素子が実施例１の熱電変換素子と異なる点は、磁性絶縁体膜３５として膜厚１００ｎｍのコバルトフェライト膜が設けられた点であり、その他の構成は実施例１の熱電変換素子と同じとした。
【００７５】  コバルトフェライト膜は、コバルト鉄合金ターゲットを用いたアルゴン-酸素混合ガス中の反応性スパッタ法により成膜した。また、Ｎｉ膜とＭｎ８０Ｉｒ２０膜は、実施例１と同様に、アルゴンガス中のマグネトロンスパッタ法により成膜した。この成膜の際には、図５に示すようにｙ軸正方向（所定の方向）に磁界を印加した。磁界は、ネオジウム系磁石の磁極を対向させた磁極間で発生させた一方向の磁界であり、基板の位置で約４ｋＯｅとした。
【００７６】  成膜後、コバルトフェライト膜の保磁力（４ｋＯｅ）よりも大きい磁界を所定の方向（ｙ軸正方向）に印加することにより、コバルトフェライト膜の磁化を所定の方向に固定した。
【００７７】  以上の実施例２の熱電変換素子の熱電変換特性を評価した。その結果、外部磁界のない状態、もしくは−２００Ｏｅ程度以下の磁界中であれば、温度勾配ΔＴに対応した起電力が得られた。これは、Ｍｎ−Ｉｒ膜とＮｉ膜との交換結合によりＮｉ膜の磁化がｙ軸正方向に固定され、また、コバルトフェライト膜の磁化が保磁力によりｙ軸正方向に固定されたことを示している。
【００７８】  以上の本実施形態の熱電変換素子３および実施例２の熱電変換素子によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果とによる熱電変換で起電力を得るために、反強磁性金属膜との交換結合によって磁性金属膜の磁化を所定の方向に固定することができる。また、磁性絶縁体膜の磁化を保磁力によって所定の方向に固定することができる。これらにより、磁性金属膜や磁性絶縁体膜の磁化を所定の方向に固定するために外部から磁界を印加する必要がなく、素子構造を複雑にしたり素子を使いにくくしたりすることがなくて済む。
【００７９】  以上のように、本実施形態および本実施例によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することができる。（第４の実施形態）  図１１は、本発明の第４の実施形態の熱電変換素子の構成を示す斜視図である。本実施形態の熱電変換素子４が第３の実施形態の熱電変換素子３と異なる点は、熱電変換素子４では、磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２との積層膜４３が複数積層されている点である。図１１では、積層膜４３が３つ積層されている場合を示しているが、これには限定されず、任意の数を積層することができる。
【００８０】  熱電変換素子４のその他の構成、すなわち、基板４０や、磁性絶縁体膜４５や、磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２との積層膜４３や、１対の端子４４は、熱電変換素子３と同じである。
【００８１】  積層膜４３の積層数を増すことによって、磁性金属膜４１の異常ネルンスト効果に基づく電流や、磁性金属膜４１のスピンゼーベック効果に対する反強磁性金属膜４２の逆スピンホール効果に基づく電流を増すことができる。これにより、熱電変換素子４としての起電力を大きくすることができる。
【００８２】  さらに、積層膜４３を構成する磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２の膜厚を薄くして、磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２の交換結合磁界を増大させることによって、磁性金属膜４１の磁化の固定を強化することができる。磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２の一層あたりの厚さはいずれも１０nm以下が望ましい。
【００８３】  一方で、膜厚を薄くすることによって積層膜４３ごとの抵抗値は大きくなっても、複数層を積層させることによって抵抗値を低減させることができる。出力電圧Ｖは膜厚や積層数にほとんど依存ないため、積層数を増やして抵抗Ｒを下げるほど、起電力Ｗ＝Ｖ２／Ｒを大きくすることができる。
【００８４】  また、磁性金属膜４１と反強磁性金属膜４２の積層の順序は、図１１の逆であってもよい。積層の順序が逆になることによって、磁性絶縁体膜４５と磁性金属膜４１の間に反強磁性金属膜４２が介在する。反強磁性金属膜４２は、磁性絶縁体膜４５からのスピン流に対する逆スピンホール効果によって起電力を生じるとともに、スピン流を磁性金属膜４１に効率よく伝える中間層の役割を果たすことができる。
【００８５】  実施例３：  図１２は、本実施形態の熱電変換素子の実施例３を示す斜視図である。実施例３の熱電変換素子は、基板２０として厚さ０．５ｍｍのＭｇＡｌ２Ｏ４（ＭＡＯ）を、磁性絶縁体膜３５として膜厚１００ｎｍのコバルトフェライト膜（組成はＣｏＦｅ２Ｏ４）を、磁性金属膜２１として膜厚４ｎｍのＮｉ膜を、反強磁性金属膜２２として膜厚４ｎｍのＭｎ−Ｉｒ（Ｍｎ８０Ｉｒ２０）膜を、それぞれ用いた。さらに、Ｎｉ膜とＭｎ−Ｉｒ膜との積層膜を３つ積層した。さらに、Ｍｎ−Ｉｒ膜の表面に、キャップ膜２５として膜厚１．５ｎｍのＰｔ膜を形成した。
【００８６】  実施例３の熱電変換素子が実施例２の熱電変換素子と異なる点は、Ｎｉ膜とＭｎ−Ｉｒ膜との積層膜を３つ積層した点であり、その他の構成は実施例１の熱電変換素子と同じとした。Ｎｉ膜とＭｎ−Ｉｒ膜との積層膜を３つ積層する成膜には、アルゴンガス中のマグネトロンスパッタ法を用い、成膜中にｙ軸正方向（所定の方向）に４ｋＯｅの磁界を印加した。
【００８７】  以上の実施例３の熱電変換素子の熱電変換特性を評価した。その結果、外部磁界のない状態、もしくは−２００Ｏｅ程度以下の磁界中であれば、温度勾配ΔＴに対応した起電力が得られた。これは、Ｍｎ−Ｉｒ膜とＮｉ膜との交換結合によりＮｉ膜の磁化がｙ軸正方向に固定され、また、コバルトフェライト膜の磁化が保磁力によりｙ軸正方向に固定されたことを示している。
【００８８】  以上の本実施形態の熱電変換素子４および実施例３の熱電変換素子によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果とによる熱電変換で起電力を得るために、反強磁性金属膜との交換結合によって磁性金属膜の磁化を所定の方向に固定することができる。また、磁性絶縁体膜の磁化を保磁力によって所定の方向に固定することができる。これらにより、磁性金属膜や磁性絶縁体膜の磁化を所定の方向に固定するために外部から磁界を印加する必要がなく、素子構造を複雑にしたり素子を使いにくくしたりすることがなくて済む。
【００８９】  以上のように、本実施形態および本実施例によれば、スピンゼーベック効果と異常ネルンスト効果を併用する熱電変換素子において、安定した熱電変換動作を利便性良く実現することができる。
【００９０】  以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００９１】  また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。（付記１）  膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、  前記磁性金属膜に積層されて前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜と、  前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設された一対の端子と、を有する熱電変換素子。（付記２）  前記磁性金属膜は、異常ネルンスト効果により前記第１の起電力を生じる、付記１記載の熱電変換素子。（付記３）  前記磁性金属膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、付記１または２記載の熱電変換素子。（付記４）  前記反強磁性金属膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第２の起電力を生じる、付記１から３の内の１項記載の熱電変換素子。（付記５）  前記端子は、前記磁化方向の垂直方向に並設されている、付記１から４の内の１項記載の熱電変換素子。（付記６）  前記端子は、前記第１の起電力と前記第２の起電力を加算して出力する、付記１から５の内の１項記載の熱電変換素子。（付記７）  前記積層膜に積層され、前記磁性金属膜の磁化方向に磁化し、膜厚方向の温度勾配によって生じるスピン流を前記積層膜に注入する磁性絶縁体膜を有し、前記積層膜は前記磁性絶縁体膜のスピン流により第３の起電力を生じる、付記１から６の内の１項記載の熱電変換素子。（付記８）  前記磁性絶縁体膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、付記７記載の熱電変換素子。（付記９）  前記積層膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第３の起電力を生じる、付記７または８記載の熱電変換素子。（付記１０）  前記端子は、さらに前記第３の起電力を加算して出力する、付記７から９の内の１項記載の熱電変換素子。（付記１１）  前記積層膜の前記端子が並設されている膜面を覆うキャップ膜を有する、付記１から１０の内の１項記載の熱電変換素子。（付記１２）  前記磁性金属膜の膜厚と前記反強磁性金属膜の膜厚は、各々、１０ｎｍ以下、1ｎｍ以上である、付記１から１１の内の１項記載の熱電変換素子。（付記１３）  前記積層膜が複数積層されている、付記１から１２の内の１項記載の熱電変換素子。（付記１４）  前記反強磁性金属膜は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選択される少なくとも一つの元素とＭｎとを含む、付記１から１３の内の１項記載の熱電変換素子。（付記１５）  基板上に、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜を成膜し、  前記積層膜の成膜時もしくは成膜後に、前記反強磁性金属膜により前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、  一対の端子を前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設する、熱電変換素子の製造方法。（付記１６）  前記磁性金属膜は、異常ネルンスト効果により前記第１の起電力を生じる、付記１５記載の熱電変換素子の製造方法。（付記１７��  前記磁性金属膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、付記１５または１６記載の熱電変換素子の製造方法。（付記１８）  前記反強磁性金属膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第２の起電力を生じる、付記１５から１７の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記１９）  前記端子は、前記磁化方向の垂直方向に並設されている、付記１５から１８の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２０）  前記端子は、前記第１の起電力と前記第２の起電力を加算して出力する、付記１５から１９の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２１）  膜厚方向の温度勾配によって生じるスピン流を前記積層膜に注入する磁性絶縁体膜を、前記磁性絶縁体膜のスピン流により第３の起電力を生じる前記積層膜に積層し、  前記磁性絶縁体膜の磁化を前記磁性金属膜の磁化方向に着磁する、付記１５から２０の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２２）  前記磁性絶縁体膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、付記２１記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２３）  前記積層膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第３の起電力を生じる、付記２１または２２記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２４）  前記端子は、さらに前記第３の起電力を加算して出力する、付記２１から２３の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２５）  前記積層膜の前記端子が並設されている膜面を覆うキャップ膜を成膜する、付記１５から２４の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２６）  前記磁性金属膜の膜厚と前記反強磁性金属膜の膜厚は、各々、１０ｎｍ以下、1ｎｍ以上である、付記１５ら２５の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２７）  前記積層膜を複数積層する、付記１５ら２６の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。（付記２８）  前記反強磁性金属膜は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選択される少なくとも一つの元素とＭｎとを含む、付記１５ら２７の内の１項記載の熱電変換素子の製造方法。
【符号の説明】
【００９２】  １、２、２ａ、２ｂ、３、３ａ、４    熱電変換素子  ２０、３０、４０    基板  １１、２１、３１、４１    磁性金属膜  １２、２２、３２、４２    反強磁性金属膜  １３、２３、３３、３３ａ、４３    積層膜  １４、２４、３４、４４    端子  ２５    キャップ膜  ２６    パッド  ３５、４５    磁性絶縁体膜
【図１】
2018146713.tif 000003
【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】
2018146713.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８】
2018146713.tif 000011
【図９】
2018146713.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月1日(2019.8.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、
前記磁性金属膜に積層されて前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜と、
前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設された一対の端子と、を有する熱電変換素子。
【請求項２】
前記磁性金属膜は、異常ネルンスト効果により前記第１の起電力を生じる、請求項１記載の熱電変換素子。
【請求項３】
前記磁性金属膜は、スピンゼーベック効果により前記スピン流を生じる、請求項１または２記載の熱電変換素子。
【請求項４】
前記反強磁性金属膜は、前記スピン流に対する逆スピンホール効果により前記第２の起電力を生じる、請求項１から３の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項５】
前記端子は、前記磁化方向の垂直方向に並設されている、請求項１から４の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項６】
前記積層膜に積層され、前記磁性金属膜の磁化方向に磁化し、膜厚方向の温度勾配によって生じるスピン流を前記積層膜に注入する磁性絶縁体膜を有し、前記積層膜は前記磁性絶縁体膜のスピン流により第３の起電力を生じる、請求項１から５の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項７】
前記積層膜の前記端子が並設されている膜面を覆うキャップ膜を有する、請求項１から６の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項８】
前記磁性金属膜の膜厚と前記反強磁性金属膜の膜厚は、各々、１０ｎｍ以下、1ｎｍ以上である、請求項１から７の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項９】
前記反強磁性金属膜は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの中から選択される少なくとも一つの元素とＭｎとを含む、請求項１から８の内の１項記載の熱電変換素子。
【請求項１０】
基板上に、膜厚方向の温度勾配によって第１の起電力を生じる磁性金属膜と、膜厚方向の温度勾配によって生じる前記磁性金属膜のスピン流の注入を受けて第２の起電力を生じる反強磁性金属膜と、の積層膜を成膜し、
前記積層膜の成膜時もしくは成膜後に、前記反強磁性金属膜により前記磁性金属膜の磁化方向を膜面内の一方向に固定し、
一対の端子を前記積層膜の膜面上に前記磁化方向と異なる方向に離隔して並設する、熱電変換素子の製造方法。
【国際調査報告】
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