(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光を有効に利用し、高出力を得ることができる熱電モジュールおよび熱電システムを提供する。【解決手段】熱電モジュール１は、積層された複数の熱電素子２と、積層された複数の熱電素子の両側面にそれぞれ設けられた第１の電極膜５および第２の電極膜５とを備える。熱電素子は、両主面から傾斜する傾斜面を両端に有する基材３と、基材の一主面から該一主面の両端の傾斜面まで連続的に成膜された熱電膜４とを有する。第１の電極膜および第２の電極膜が設けられた両側面において、積層された熱電素子の両端の傾斜面の方向がそれぞれ揃っている。【選択図】図１
2009182142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の熱電素子と、
上記積層された複数の熱電素子の両側面にそれぞれ設けられた第１の電極膜および第２の電極膜と
を備え、
上記熱電素子は、
両主面から傾斜する傾斜面を両端に有する基材と、
上記基材の一主面から該一主面の両端の傾斜面まで連続的に成膜された熱電膜と
を有し、
上記第１の電極膜および上記第２の電極膜が設けられた両側面において、上記積層された熱電素子の両端の傾斜面の方向がそれぞれ揃っていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項２】
上記第１の電極膜および上記第２の電極膜の少なくとも一方が、光吸収性を有することを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項３】
上記第１の電極膜および上記第２の電極膜の少なくとも一方が、炭素を主成分として含んでいることを特徴とする請求項２記載の熱電モジュール。
【請求項４】
上記第１の電極膜および上記第２の電極膜の少なくとも一方の電極膜上に、光吸収膜をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項５】
上記積層された複数の熱電素子の側面には、隣接する上記熱電素子の傾斜面により断面Ｖ字状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項６】
上記基材の一主面に対する上記基材の傾斜面の角度が、２０度以上７０度以下であることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項７】
上記熱電膜は、
キャリアの互いに異なる第１の熱電膜と第２の熱電膜とが絶縁膜を介して上記基材の一主面上に繰り返し積層され、かつ、該積層された第１の熱電膜および第２の熱電膜の両端が交互に接合されている積層膜であり、
繰り返し積層された上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜のうち、最下層である熱電膜の一端が、上記基材の一端の傾斜面上において露出し、
繰り返し積層された上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜のうち、最上層である熱電膜の他端が、上記基材の他端の傾斜面上において露出している
ことを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項８】
上記熱電膜は、
キャリアの互いに異なる第１の熱電膜と第２の熱電膜とが絶縁膜を介して上記基材の一主面上に繰り返し積層され、かつ、該積層された第１の熱電膜および第２の熱電膜の両端が交互に接合されている積層膜であり、
積層された上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜のうち、最下層である熱電膜と接合された導電膜をさらに備え、
上記導電膜の一端が、上記基材の一端の傾斜面上において露出し、
繰り返し積層された上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜のうち、最上層である熱電膜の他端が、上記基材の他端の傾斜面上において露出している
ことを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項９】
上記第１の熱電膜の一端は、上記第２の熱電膜の一端と接合されているのに対して、上記第１の熱電膜の一端以外の周縁は、該第１の熱電膜と隣接する絶縁膜により覆われて上記第２の熱電膜の周縁と断絶され、
上記第２の熱電膜の他端は、上記第１の熱電膜の他端と接合されているのに対して、上記第２の熱電膜の他端以外の周縁は、該第２の熱電膜と隣接する絶縁膜により覆われて上記第１の熱電膜の周縁と断絶されていることを特徴とする請求項７または８記載の熱電素子。
【請求項１０】
上記第１の電極膜および上記第２の電極膜の少なくとも一方が、透明導電膜であることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
上記熱電素子間は、紫外線硬化樹脂または感圧性粘着剤により接着されていることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項１２】
上記紫外線硬化樹脂または感圧性粘着剤は、隣接する上記熱電素子の傾斜面により形成される溝の先端、または該溝の先端より高い位置まで存在していることを特徴とする請求項１１記載の熱電モジュール。
【請求項１３】
上記基材の厚さおよび幅の少なくとも一方が、該基材の一端から他端に向けて徐々に狭くなることを特徴とする請求項１記載の熱電モジュール。
【請求項１４】
積層された複数の熱電素子と、
上記積層された複数の熱電素子を電気的に接続する電極と
を備え、
上記熱電素子は、
両主面から傾斜する傾斜面を一端に有する基材と、
上記基材の両主面に、上記傾斜面が設けられた一端からそれとは反対の他端まで連続的に設けられた第１の熱電膜および第２の熱電膜と
を備え、
上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜の両端が上記電極により交互に接合されていることを特徴とする熱電モジュール。
【請求項１５】
上記第１の熱電膜および上記第２の熱電膜は、互いにキャリアが異なることを特徴とする請求項１４記載の熱電モジュール。
【請求項１６】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の複数の熱電モジュールが、上記第１の電極膜または上記第２の電極膜を介して接合されていることを特徴とする熱電システム。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の複数の熱電モジュールが、隣接して並べられていることを特徴とする熱電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、熱電モジュールおよび熱電システムに関する。詳しくは、複数の熱電素子をまとめた集合体である熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の問題や、石油エネルギー依存度低減という社会的要請から、太陽エネルギーの有効利用が求められている。近年の研究により、太陽電池の性能は向上し、変換効率が高くなったが、依然として太陽電池の製造エネルギーの方がその回収エネルギーを上回っているとされている。そこで、太陽電池の製造エネルギーの低減、もしくは太陽電池の耐用年数の向上が強く求められている。
【０００３】
太陽電池の種類としては、光子のエネルギーを直接電流に変換する方式が現在の主流であるが、熱電材料を使った発電デバイスの開発も古くから行われている。最も古い報告としては、Ｍ．Ｔｅｌｋｅｓが１９５４年に太陽熱発電素子を作製し、３．３５％の変換効率を得たとするものがある（非特許文献１参照）。しかし、当時は熱電材料もまだ十分な研究がなされていたわけではなく、また、薄膜技術も発達しておらず、素子としての最適化も行われていない状況であった。その後、太陽光発電の技術分野では、Ｓｉを用いた光電変換素子の研究開発が主として進められ、熱電材料を使った太陽熱発電素子についての研究開発はほとんど大きな進歩がないのが実情である。
【０００４】
従来、熱電材料を使った太陽熱発電素子では、太陽熱を有効に利用し、発電効率を向上させる種々の検討がされている。例えば、特許文献１には、太陽光を受けて加熱される集熱板を熱電素子に熱結合し、熱電素子の反対面に放熱板を接着する技術が提案されている。
【０００５】
【非特許文献１】J.Appl.Phys.25(1954)765
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−００７４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、熱電材料を使った太陽熱発電素子を実用化するためには、特許文献１に記載された技術では十分ではなく、更なる高出力化が望まれている。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、太陽光を有効に利用し、高出力を得ることができる熱電モジュールおよび熱電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
積層された複数の熱電素子と、
積層された複数の熱電素子の両側面にそれぞれ設けられた第１の電極膜および第２の電極膜と
を備え、
熱電素子は、
両主面から傾斜する傾斜面を両端に有する基材と、
基材の一主面から該一主面の両端の傾斜面まで連続的に成膜された熱電膜と
を有し、
第１の電極膜および第２の電極膜が設けられた両側面において、積層された熱電素子の両端の傾斜面の方向がそれぞれ揃っていることを特徴とする熱電モジュールである。
【００１０】
この発明の第２の発明は、
積層された複数の熱電素子と、
積層された複数の熱電素子を電気的に接続する電極と
を備え、
熱電素子は、
両主面から傾斜する傾斜面を一端に有する基材と、
基材の両主面に、傾斜面が設けられた一端からそれとは反対の他端まで連続的に設けられた第１の熱電膜および第２の熱電膜と
を備え、
第１の熱電膜および第２の熱電膜の両端が電極により交互に接合されていることを特徴とする熱電モジュールである。
【００１１】
この発明では、熱電モジュールに対して光を照射すると、積層された複数の熱電素子の傾斜面により光が吸収されるので、傾斜面が設けられた一方の側面の温度が、それとは反対側の他方の側面の温度に比して高くなる。これにより、熱電膜のキャリアが高温側から低温側に移動する。また、隣接する熱電素子の傾斜面により熱電モジュールの側面に溝を形成しているので、熱電モジュールに入射する光は溝により反射を繰り返しながら、溝により吸収される。したがって、熱電モジュールに入射する光を効率よく吸収し、熱に変換することができる。また、熱電膜を基材上に形成することにより熱電素子を作製し、この熱電素子を複数積層しているので、基材の形状を適宜選択することにより、熱電モジュールおよび熱電システムの形状を所望の形状にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、この発明によれば、隣接する熱電素子の傾斜面により溝を形成しているので、太陽光を有効に利用し、高出力を得ることができる。また、熱電膜を基材上に形成しているので、熱電モジュールおよび熱電システムの設計の自由度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
【００１４】
（１）第１の実施形態
（熱電モジュールの構成）
図１は、この発明の第１の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す。図１に示すように、この熱電モジュール１は、積層された複数の熱電素子２と、その両側面に設けられた電極膜５、５とを備える。熱電素子２は、基材３と、この基材３の一主面に設けられた熱電膜４とを備え、熱電膜４の両端がそれぞれ、電極膜５、５と接合されている。熱電モジュール１を太陽光発電モジュールとして用いる場合には、電極膜５、５が設けられた側面うちの一方から光が照射される。また、熱電モジュール１を熱電発電モジュールとして用いる場合には、電極膜５、５が設けられた側面うちの一方が高温熱源に配設され、他方が低温熱源に配設される。
【００１５】
基材３の積層数は、熱電モジュール１が所望の大きさとなるように、適宜調整することが好ましい。例えば、熱電モジュール１を屋根などに設置される太陽光発電モジュールとして用いる場合には、その設置面積に応じて多数の熱電素子２を積層して１つの熱電モジュール１の大きさを大きくすることが好ましい。また、熱電モジュール１を携帯機器の電源として用いる場合には、その携帯機器のサイズに応じて熱電素子の積層数を適宜調整して、熱電モジュール１のサイズを携帯機器より小さくすることが好ましい。
以下、熱電モジュール１を構成する基材３、熱電膜４、電極膜５について順次説明する。
【００１６】
（基材）
基材３の材料は、特に限定されるものではなく、コスト、耐久性および熱伝導率などを考慮して適切なものを選択することができる。具体的には、基材３の材料としては、例えば、樹脂材料などの有機材料、ならびにガラス、石英およびＳｉウェーハなどの無機材料などを用いることができるが、特に、樹脂材料が好ましい。樹脂材料は、低廉であり、軽量かつ耐久性にも優れるという利点を有している。また、適度の硬度を有しているためハンドリング性に優れ、射出成型により容易に成形できるといった製造工程上の利点も有している。さらに、ポリカーボネートなどの樹脂材料はＳｉウェーハなどの無機材料に比して熱伝導率が低いので、熱電素子両端の温度差を大きくできるという利点も有している。樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、アラミド、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ジアセチルセルロース、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂などを用いることができる。
【００１７】
基材３の全体形状としては、例えば、基板状、シート状、フィルム状、ブロック状などを挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではなく、求められる熱電素子２の形状に応じて任意に選択することができる。また、基材３の一主面は、例えば四角形状を有するが、この形状に限定されるものではなく、熱源や冷却点の面積および形状、ならびにその間の間隔などに応じて様々な形状を用いることができる。この第１の実施形態では、熱電材料を基材３上に成膜することにより熱電素子２を形成するので、このように様々な形状の基材３を用いることができる。
【００１８】
図２は、基材３の一形状例を示す。図２に示すように、基材３の両端には、両主面３ａから傾斜する傾斜面３ｂ、３ｂが設けられている。この傾斜面３ｂ、３ｂは、熱電素子２をモジュール化したときに、例えば光を集光する集光面として機能するものである。この基材３の両端に設けられた傾斜面３ｂ、３ｂは、熱電モジュール１の両側面において連なるように配設されており、この連なった傾斜面３ｂ、３ｂにより熱電モジュール１の両側面に溝５ａ、５ａが形成される。この溝５ａ、５ａの断面形状はＶ字状であることが好ましい。このようにＶ字状にすることで、太陽光などの光の吸収効率を向上することができる。すなわち、溝５ａを形成する一方の傾斜面３ｂにより反射された太陽光の成分が、他方の傾斜面３ｂに到達し、その一部の成分が吸収され残りの成分が反射される。このような反射がすべての光が傾斜面３ｂ、３ｂにより吸収されるまで繰り返される。なお、この発明において、Ｖ字状とは、完全なＶ字状のみならず、溝５ａの先端部および／または傾斜面３ｂに多少の曲率があるものも意味する。
【００１９】
図３は、図２に示した基材３の端部を拡大して示したものである。図３に示すように、この基材３の主面３ａに対する傾斜面３ｂ、３ｂの傾斜角θ1、θ2は、好ましくは２０度以上７０度以下、より好ましくは３０度以上７０度以下である。傾斜角θ1、θ2が２０度未満であると電極膜５が傾斜面３ｂに対してほとんど形成されず、熱電膜４と電極膜５とが接合しなくなり、熱電膜４と電極膜５と間の導電性が低下する傾向があり、傾斜角θ1、θ2が７０度を超えると熱電膜４が傾斜面３ｂに対してほとんど形成されず、熱電膜４と電極膜５とが接合しなくなり、熱電膜４と電極膜５と間の導電性が低下する傾向がある。
【００２０】
（熱電膜）
図４は、熱電膜４の成膜領域の一例を示す。図４に示すように、この熱電膜４は、基材３の一主面３ａにおいて、一方の傾斜面３ｂから一主面３ａをわたって他方の傾斜面３ｂまで連続的に成膜されている。熱電膜４としては、例えば、透明酸化物膜を用いることができる。熱電膜４の極性は、特に限定されるものではなく、ｎ型およびｐ型のどちらを用いてもよい。熱電モジュール１を構成する熱電膜４としては、全て同一種のものを用いる必要はなく、異なる種類のものを用いるようにしてもよい。例えば、熱電膜４として、ｎ型の透明酸化物膜および透明導電膜の２種の熱電膜を用い、これらのｎ型の透明酸化物膜と透明導電膜とが基材３を介して交互に繰り返される構成としてもよい。熱電膜４は、例えば、アモルファス材料、または結晶材料を主成分として含み、好ましくはアモルファス材料を主成分として含んでいる。アモルファス材料を主成分とすることで、熱電膜４を成膜後にアニール処理により結晶化する工程を省略することができるからである。また、紫外線硬化樹脂などの感光性樹脂により熱電素子同士を接着する場合には、熱電膜４として、透明性を有する酸化物系材料を用いることが好ましい。具体的には、熱電膜４の材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、およびＳｎＯ2のうちの少なくとも１種を含む材料を用いることができるが、特にこの材料に限定されるものではなく、従来公知の熱電材料から熱電膜４に求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
【００２１】
（電極膜）
電極膜５、５の材料は、熱電モジュール１の用途に応じて選択することが好ましい。熱電モジュール１を太陽光熱発電モジュールとして用いる場合には、電極膜５、５間の温度差を大きくする観点から、電極膜５、５のうちの一方の材料としては、炭素（カーボン）などの光吸収係数の高い材料を主成分とするものが好ましい。この場合、他方の材料は、特に限定されるものではなく、従来公知の電極材料から電極膜５に求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。また、電極膜５、５の少なくとも一方の電極膜として、透明性を有する透明導電膜を用いてもよい。
【００２２】
熱電モジュール１を冷却モジュールとして用いる場合には、電極膜５、５の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属単体、またはこれらを主成分とする合金を用いることができるが、電極膜５、５として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。
【００２３】
上述の構成を有する熱電モジュール１は、一方の電極膜５に光を照射すると、一方の電極膜５の温度が他方の電極膜５の温度に比して高くなる。これにより、熱電膜４のキャリアが高温側から低温側に移動し、両電極膜５、５の間に電位差が生じる。したがって、熱電モジュール１を高出力な太陽光発電モジュールとして用いることができる。
【００２４】
これに対して、両電極膜５、５間に電流を流すと、キャリアが熱電膜４の一端から他端に移動する。これにより、熱電モジュール１の電極膜５、５がのうち一方を加熱し、他方を冷却することができる。したがって、熱電モジュール１を高効率な冷却モジュールとして用いることができる。
【００２５】
（熱電モジュールの製造方法）
次に、図５を参照して、上述の構成を有する熱電モジュールの製造方法の一例について説明する。
まず、例えば射出成形法により、図５Ａに示すような基材３を成形する。次に、図５Ｂに示すように、基材３の主面３ａからこの主面３ａの両端の傾斜面３ｂ、３ｂにわたって熱電膜４を成膜する。これにより、熱電素子２が作製される。この熱電膜４の成膜方法としては、例えば、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤなどのＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition（化学蒸着法）：化学反応を利用して気相から薄膜を析出させる技術）のほか、真空蒸着、プラズマ援用蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition（物理蒸着法）：真空中で物理的に気化させた材料を基板上に凝集させ、薄膜を形成する技術）を用いることができ、特にスパッタリングが好ましい。
【００２６】
次に、上述のようにして作製した熱電素子２を例えば以下のようにして接着剤により貼り合わせる。まず、図５Ｃに示すように、スピンコータのターンテーブル１３に熱電素子２を載置した後、この熱電素子２の熱電膜４上に接着剤を滴下し、ターンテーブル１３を回転し接着剤を振り切る。これにより、接着剤が熱電膜４上にほぼ均一に塗工される。接着剤としては、例えば、感圧性粘着剤（Pressure Sensitive Adhesive：ＰＳＡ）、紫外線硬化樹脂などを用いることができ、これらの接着剤から熱電膜４や基材３の光透過性を考慮して選択することが好ましい。具体的には、熱電材料としてＧｅＢのような光透過性の低い材料を用いる場合、あるいは基材３としてシリコンなどの光透過性の低い材料を用いる場合、接着剤として感圧性接着剤を用いることが好ましい。また、熱電材料としてアモルファス酸化物のような光透過性の高い材料を用い、基材３としてポリカーボネートやガラスなどの光透過性の高い材料を用いる場合、紫外線硬化樹脂および感圧性粘着剤のいずれの材料を用いることができる。なお、熱電素子２の接着方法は、上述の例に限定されるものでなく、ＰＳＡテープなどの接着テープにより熱電素子２を貼り合わせるようにしてもよい。
【００２７】
次に、図５Ｄに示すように、接着剤６が塗工された熱電素子２上に、傾斜面３ｂの方向が同一の方向に揃うように適宜位置合わせをしながら、熱電素子２を載置する。この際、図６に示すように、基材３の傾斜面３ｂ、３ｂ間に形成される溝の先端、またはこの溝の先端より高い位置まで接着剤６が存在していることが好ましい。このようにすることで、傾斜面３ｂ、３ｂ間に隙間が形成されることを防ぐことができる。すなわち、次工程で電極膜５を傾斜面３ｂ上に形成したときに、上記隙間により電極膜５が断線することを防ぐことができる。次に、必要に応じて紫外線を接着剤に対して照射して、接着剤を硬化する。上記貼り合わせの工程を繰り返すことにより、図５Ｅに示すように、複数の熱電素子２を積層する。これにより、複数の熱電素子の傾斜面３ｂが同一方向に揃い、両側面に傾斜面３ｂが連なった積層体が得られる。次に、例えばスパッタリング法により、傾斜面３ｂが連なった積層体の両側面上に電極膜５を成膜する。
以上により、目的とする熱電モジュール１が得られる。
【００２８】
この第１の実施形態によれば、両主面３ａ、３ａから傾斜する傾斜面３ｂ、３ｂを基材３の両端に設け、基材３の一主面３ａ上において基材３の主面３ａから両端の傾斜面３ｂ、３ｂまで熱電膜４を連続して形成し、基材３の傾斜面３ｂの方向が揃うように基材３を積層しているので、積層した熱電素子２の端面から有効に電極を取ることができる。すなわち、積層した複数の基材３の両端の傾斜面３ｂ、３ｂにより形成される両側面上にそれぞれ電極膜５、５を成膜することにより、複数の熱電素子２を並列に接続できる。
【００２９】
また、隣接する熱電素子２の傾斜面３ｂにより溝５ａ、好適には断面Ｖ字状の溝５ａを形成することで、対向する傾斜面３ｂ、３ｂ間において光の反射を繰り返しながら、光を吸収することができる。したがって、熱電モジュール１に入射する光を効率よく電極膜５により吸収し、熱に変換することができる。また、溝５ａに入射する光を溝５ａの先端またはその近傍に集光することができる。よって、熱電モジュール１の両電極膜５、５間の温度差を大きくすることができる。
【００３０】
複数の熱電素子２を積層して積層体を作製し、この積層体の両側面に電極膜５、５を成膜するだけで、熱電モジュール１を作製することができるので、熱電素子２を容易にモジュール化することができる。すなわち、量産性に優れた熱電モジュール１を実現できる。また、基材３の形状を適宜選択するだけで、熱電モジュール１全体の形状や大きさを容易に所望のものとすることができる。すなわち、従来の熱電モジュールに比して熱電モジュール１の形状設計の自由度が高く、例えば小型化なども容易である。
【００３１】
また、この熱電モジュール１では、複数の熱電素子２を電極膜５、５により電気的に並列に接続しているので、何らかの理由で一部の熱電素子２が機能しなくなっても、外部機器などに対して電力を供給することができる。したがって、信頼性の高い熱電モジュールを実現できる。また、熱電モジュール１の側面には溝５ａが設けられているので、太陽光などの光を繰り返し反射させながら電極膜５により吸収することができる。したがって、電極膜５における光の吸収効率を向上することができ、これにより電極膜５、５間の温度差を大きくすることができる。すなわち、熱電モジュール１を高出力の太陽光発電モジュールとして用いることができる。
【００３２】
（２）第２の実施形態
上述したように、第１の実施形態による熱電モジュール１は、各基材３上の熱電膜４は電極膜５、５により電気的に並列に接続されているため、何らかの理由で一部の熱電素子２が機能しなくなった場合にも、外部機器などに対して電力を供給できるという利点を有する。その一方で、得られる電圧値は、基材３上の熱電膜４のゼーベック係数で決まる値が得られるに留まる。そこで、この第２の実施形態では、上述の熱電モジュール１を複数直列に接続して、電圧値を向上する例について説明する。
【００３３】
図７は、この発明の第２の実施形態による熱電システムの一構成例を示す。図７に示すように、この熱電システム３０においては、複数の熱電モジュール１1〜１3が、その側面に設けられた電極膜５、５を介して接合されている。熱電モジュール１1〜１3間は、例えば導電性接着剤などの導電性ペーストや半田などにより接着される。
【００３４】
熱電システム３０の側面に設けられた電極膜５、５の材料は、熱電システム３０の用途に応じて選定することが好ましい。熱電システム３０を太陽光熱発電モジュールとして用いる場合には、その側面に設けられた電極膜５、５間の温度差を大きくする観点から、これらの電極膜５、５のうちの一方の材料としては、カーボンなどの光吸収係数の高い材料を主成分とするものが好ましい。この場合、他方の材料は、特に限定されるものではなく、従来公知の電極材料から電極膜５に求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
【００３５】
熱電システム３０を冷却システムとして用いる場合には、電極膜５、５の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属単体、またはこれらを主成分とする合金を用いることができるが、電極膜５、５として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。また、熱電システム３０を構成する複数の電極膜５のうち、光が照射される側面に備えられる電極膜５以外のものとして、透明導電膜を用いることが好ましい。これにより、熱電モジュール１1〜１3間に塗布された導電性接着剤などに対して、外部から紫外線などの光を照射して、硬化することが可能となるからである。
この第２の実施形態において、上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
【００３６】
この第２の実施形態によれば、複数の熱電モジュール１が直列に接合されているので、第１の実施形態よりも大きな出力電圧を得ることができる。また、熱電システム３０においては複数の熱電素子２が電気的に直列および並列に接続されているので、熱電システム３０を構成する熱電素子２のいくつかに不具合があった場合にも、外部機器などに電力を供給することができる。
【００３７】
（３）第３の実施形態
（熱電モジュールの構成）
図８は、この発明の第３の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す。図８に示すように、熱電モジュール１は、積層された複数の熱電素子２と、その一方の側面に設けられた絶縁膜８と、この絶縁膜８上に設けられた光吸収膜９とを備える。また、積層された熱電素子２の両端には電極１１、１１が接合されている。
【００３８】
また、図８に示すように、熱電素子２は、基材３と、基材３の一主面３ａに設けられたｐ型熱電膜４ａと、基材３の他主面３ａに設けられたｎ型熱電膜４ｂと、基材３の一端の傾斜面３ｂ、３ｂに設けられた電極膜７とを備える。ｐ型熱電膜４ａは、一方の傾斜面３ｂから一主面３ａをわたって他方の傾斜面３ｂまで連続的に成膜され、ｎ型熱電膜４ｂは、一方の傾斜面３ｂから他主面３ａをわたって他方の傾斜面３ｂまで連続的に成膜されている。機材３の一端の傾斜面３ｂ、３ｂ上において、ｐ型熱電膜４ａおよびｎ型熱電膜４ｂの一端が電極膜７と接合されている。基材３の一主面３ａに設けられたｐ型熱電膜４ａの他端が、隣り合う熱電素子２のｎ型熱電膜４ａの他端と導電性ペーストなどにより電気的に接続され、基材３の他主面３ａに設けられたｎ型熱電膜４ｂの他端が、隣り合う熱電素子２の一主面３ａに設けられたｐ型熱電膜４ａの他端と導電性ペーストなどにより電気的に接続されている。図７では、傾斜面３ｂ、３ｂにおいて、電極膜７上にｐ型熱電膜４ａおよびｐ型熱電膜４ｂを成膜する構成が示されているが、ｐ型熱電膜４ａおよびｐ型熱電膜４ｂ上に電極膜７を成膜する構成としてもよい。
【００３９】
ｐ型熱電膜４ａは、例えば、アモルファス材料、または結晶材料を主成分として含み、好ましくはアモルファス材料を主成分として含んでいる。アモルファス材料を主成分とすることで、ｐ型熱電膜４ａを成膜後にアニール処理により結晶化する工程を省略することができるからである。具体的には、ｐ型熱電膜４ａの材料としては、例えば、Ｇｅ−Ｂ、Ｓｉ−Ｂなどのアモルファス非酸化物系材料を主成分とする材料を用いることができるが、特にこの材料に限定されるものではなく、従来公知の熱電材料からｐ型熱電膜４ａに求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
【００４０】
ｎ型熱電膜４ｂは、例えば、アモルファス材料、または結晶材料を主成分として含み、好ましくはアモルファス材料を主成分として含んでいる。アモルファス材料を主成分とすることで、ｎ型熱電膜４ｂを成膜後にアニール処理により結晶化する工程を省略することができるからである。具体的には、ｎ型熱電膜４ｂの材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3−ＺｎＯなどのアモルファス酸化物系材料を主成分とする材料を用いることができるが、特にこの材料に限定されるものではなく、従来公知の熱電材料からｎ型熱電膜４ｂに求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
【００４１】
絶縁膜８は、電極膜７と光吸収膜９との間を絶縁するためのものである。絶縁膜８の材料としては、熱伝導率が高いものが好ましく、例えば、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＢＮなどの材料を用いることができるが、絶縁膜８として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。光吸収膜９は、太陽光などの光を吸収し、熱に変換するためのものである。光吸収膜９の材料としては、吸収した光を熱に効率良く変換できる材料が好ましく、例えば、カーボンを用いることができるが、光吸収膜９として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。
【００４２】
電極膜７は、基材３の一主面３ａに設けられたｐ型熱電膜４ａの一端と、基材３の他主面３ａに設けられたｎ型熱電膜４ｂとの一端とを電気的に接続するためのものである。電極膜７としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属単体、またはこれらを主成分とする合金を用いることができるが、電極膜７として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。
【００４３】
上述の構成を有する熱電モジュール１では、光吸収膜９の側から熱電モジュール１に対して光を照射すると、照射光が光吸収膜９により吸収されて熱に変換される。これにより、熱電モジュール１の両側面の間に温度差が生じるので、電極１１、１１間に起電力が発生する。すなわち、熱電モジュール１は高出力な熱電発電モジュールとして機能する。
【００４４】
また、電極１１、１１の間に電流を流すと、熱電モジュール１の両側面に温度差が誘起され、例えば熱電モジュール１の光吸収膜９が設けられた側面が冷却される。すなわち、熱電モジュール１は高効率な熱電冷却モジュールとして機能する。
【００４５】
この第３の実施形態において、上記以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
（熱電モジュールの製造方法）
次に、上述の構成を有する熱電モジュール１の製造方法の一例について説明する。
まず、例えば射出成形法により基材３を成形する。次に、例えばスパッタリング法により基材３の一端の傾斜面３ｂ、３ｂ上に電極膜７を成膜する。次に、例えばスパッタリング法により、基材３の一主面３ａからこの一主面３ａの両端の傾斜面３ｂ、３ｂにわたってｐ型熱電膜４ａを成膜する。次に、例えばスパッタリング法により、基材３の他主面３ａからこの他主面３ａの両端の傾斜面３ｂ、３ｂにわたってｎ型熱電膜４ｂを成膜する。
【００４７】
次に、ｐ型熱電膜４ａおよびｎ型熱電膜４ｂのうちの一方の面上であって、電極膜７を成膜したのとは反対側の基材３の端部またはその近傍に導電性ペーストを塗布する。導電性ペーストは、基材３を貼り合わせた際に端面から少しはみ出る程度に塗布することが好ましい。次に、ｐ型熱電膜４ａおよびｎ型熱電膜４ｂのうち一方の面上に接着剤を滴下し、上記工程と同様にして作製された熱電素子２を、ｐ型熱電膜４ａとｎ型熱電膜４ｂとが対向するとともに、傾斜面３ｂの方向が同一の方向に揃うように適宜位置合わせをしながら、重ね合わせる。接着剤は端面からはみ出ない程度に少なめにすることが好ましい。接着剤としては、例えば、感圧性粘着剤、紫外線硬化樹脂などを用いることができることができる。
【００４８】
上述の工程を繰り返して、複数の熱電素子２を積層する。次に、積層された熱電素子２の側面のうち、電極膜７が形成された傾斜面３ｂ、３ｂが複数連なった側面上に、例えばスパッタリング法により絶縁膜８、光吸収膜９を順次成膜する。最後に、積層した熱電素子２の一端に位置するｐ型熱電膜４ａの他端に電極１１を接合し、積層した熱電素子２の他端に位置するｎ型熱電膜４ｂの他端に電極１１を接合する。
以上により、目的とする熱電モジュール１が得られる。
【００４９】
この第３の実施形態によれば、複数の熱電素子２を積層するとともに、これらの熱電素子２の両主面３ａに設けられたｐ型熱電膜４ａ、ｎ型熱電膜４ｂを電気的に直列に接続しているので、第１の実施形態よりも大きな出力電圧を得ることができる。
【００５０】
（４）第４の実施形態
図９は、この発明の第４の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す。図９に示すように、この熱電モジュール１は、全体として扇状の形状を有する。また、熱電モジュール１の側面に設けられた電極膜５は全体として円柱面状を有し、熱電モジュール１の一方の側面に設けられた電極膜５は、他方の側面に設けられた電極膜５より面積が広くなっている。この熱電モジュール１を太陽光熱発電モジュールに用いる場合には、面積の広い電極膜５の側から太陽光が照射されるようにすることが好ましい。
【００５１】
図１０は、この発明の第４の実施形態による熱電素子の基材の一形状例を示す。図１０に示すように、基材３の厚ｄさが基材３の一端から他端に向かって徐々に薄くなっている。このような形状にすることで、熱電モジュール１の形状を全体として扇状の形状にすることができる。
この第４の実施形態において、上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
【００５２】
この第４の実施形態によれば、熱電モジュール１の電極膜５が全体として円柱面状を有しているので、種々の方向から入射する光を効率良く電力に変換することができる。したがって、この熱電モジュール１は、時間に依存して光の照射方向が変化する太陽光などを光源とする場合に有効である。
【００５３】
（５）第５の実施形態
図１１は、この発明の第５の実施形態による熱電システムの一構成例を示す。図１１に示すように、熱電システム３０は、複数の熱電モジュール１を隣接して並べ、これらの並べられた熱電モジュール１の電極膜５により、全体として３次元状の曲面、例えば球面を形成するようにしたものである。熱電システム３０の一方の曲面は、他方の曲面より面積が広くなっている。この熱電システム３０を太陽光熱発電システムに用いる場合には、面積の広い電極膜５の側から太陽光が照射されるようにすることが好ましい。
【００５４】
図１２は、図１１に示した熱電システムのＸII−ＸII線に沿った概略断面図である。図１３は、この発明の第５の実施形態による熱電素子の基材の一形状例を示す。図１２に示すように、熱電モジュール１は、例えば、全体として扇状の形状を有する。図１３に示すように、基材３の厚さｄおよび幅ｌが基材３の一端から他端に向かって徐々に狭くなっている。このような形状にすることで、電極膜５により形成される熱電システム３０の主面を全体として曲面状とすることができる。
この第５の実施形態において、上記以外のことは、第４の実施形態と同様である。
【００５５】
この第５の実施形態によれば、熱電システム３０の主面が全体として球面などの曲面状を有しているので、種々の方向から入射する光を第４の実施形態に比して効率良く電力に変換することができる。
【００５６】
（６）第６の実施形態
この第６の実施形態は、熱電膜４の代わりにｎ型熱電膜およびｐ型熱電膜を繰り返して積層した積層膜を基材３上に備える点において、第１の実施形態とは異なる。
【００５７】
（熱電モジュールの構成）
図１４に、この発明の第６の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す。図１５は、図１４に示した熱電素子のＸＶ−ＸＶ線に沿った概略断面図である。図１４に示すように、この熱電素子２は、基材３と、この基材３の一主面３ａ上に積層された積層膜１２とを備える。図１５に示すように、この積層膜１２においては、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2が基材３上に繰り返し積層されるとともに、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端が交互に接合されている。具体的には例えば、基材３の一端において、ｐ型熱電膜ｐ1の一端と、このｐ型熱電膜ｐ1上に絶縁膜ｐ2を介して成膜されたｎ型熱電膜ｎ1の一端とが接合され、基材３の他端において、ｎ型熱電膜ｎ1の他端と、このｎ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｎ2を介して成膜されたｐ型熱電膜ｐ1の他端とが接合されている。なお、図１５に示した概略断面図は、熱電素子２の膜構成を定性的に説明するためのイメージを図示したものであり、実際の積層膜端部の形状は、図１５に示したものとは異なるものになっている。
【００５８】
また、積層膜１２の表面は、ｎ型熱電膜ｎ1と大気との接触による特性劣化を抑制する観点から、主として絶縁膜ｎ2により覆われていることが好ましい。この絶縁膜ｎ2により覆われた積層膜１２の一端から、熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1の一端が傾斜面３ｂ上において露出し、それとは反対の他端から、熱電膜のうちの最上層であるｎ型熱電膜ｎ1の他端が傾斜面３ｂ上において露出している。これらのｎ型熱電膜ｎ1の露出部２ａおよび露出部２ｂに対してそれぞれ、熱電モジュール１の両側面に設けられた電極膜５、５が接合される。また、必要に応じて、基材３と、熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1との間に、ＳｉＮなどを主成分とする保護膜をさらに成膜するようにしてもよい。
【００５９】
基材３上における積層膜１２の成膜領域は、熱電素子２に求められる特性や形状に応じて適宜選択することができ、発電電力の観点からすると、基材３の一主面全体とすることが好ましい。ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の一端は、絶縁膜ｎ2の一端より内側で、かつ、絶縁膜ｐ2の一端より外側に配設することが好ましく、ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の他端は、絶縁膜ｎ2の他端より外側で、かつ、絶縁膜ｐ2の他端より内側に配設することが好ましい。これにより、基材３の一端において、ｐ型熱電膜ｐ1の一端と、このｐ型熱電膜ｐ1上に絶縁膜ｐ2を介して成膜されたｎ型熱電膜ｎ1の一端とを接合し、基材３の他端において、ｎ型熱電膜ｎ1の他端と、このｎ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｎ2を介して成膜されたｐ型熱電膜ｐ1の他端とを接合することができる。したがって、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端を交互に接合し、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1を電気的に直列に接合することができる。
【００６０】
熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1の一端は、このｎ型熱電膜ｎ1上に積層される各薄膜の一端より外側に配設することが好ましい。最下層であるｎ型熱電膜ｎ1の一端を積層膜１２から露出させ、この露出部２ａに対して電極膜５を接合することができるからである。積層膜１２の膜厚遷移領域長は５μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。膜厚遷移領域長が５μｍ未満であると、積層回数を増やした場合に絶縁膜による被膜が不十分で電圧降下が顕著となり積層回数に制限ができて性能指数が低下する傾向があり、１ｍｍを超えると、想定される素子サイズ内に占有する遷移領域の比率が大きくなり、素子の性能指数が低下する傾向があるからである。
【００６１】
ｐ型熱電膜ｐ1、ｎ型熱電膜ｎ1の材料としてはそれぞれ、第３の実施形態におけるｐ型熱電膜４ａ、ｎ型熱電膜４ｂと同様のものを用いることができる。絶縁膜ｎ2、絶縁膜ｐ2の材料としては、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＭｇＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＺｎＳ、およびこれらの混合物などを用いることができるが、特にこれら材料に限定されるものではなく、従来公知の絶縁材料から絶縁膜ｎ2、絶縁膜ｐ2に求められる特性に応じて任意に選択し使用することが可能である。
この第６の実施形態において、上記以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００６２】
上述の構成を有する熱電素子２では、その両端に温度差があると、各層のキャリアが同一方向に移動し、そのキャリアが、交互に積層されたｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1とで異なるため、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の積層数に応じた出力電圧を得ることができる。具体的には、ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1をそれぞれｎ層積層した場合、熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1の露出部２ａと、熱電膜のうちの最上層であるｎ型熱電膜ｎ1の露出部２ｂとの間において、単純には単層膜の場合と比べて２ｎ倍の出力電圧が得られる。例えば、熱電素子２の一端が高温であり他端が低温である場合、ｎ型熱電膜ｎ1の露出部２ａの側がｎ型熱電膜ｎ1の露出部２ｂよりも高電圧側になる。
【００６３】
（熱電モジュールの製造方法）
次に、上述の構成を有する熱電素子２の製造方法の一例について説明する。
【００６４】
まず、図１６、図１７を参照して、熱電素子２の製造に用いられるスパッタリング装置の一例について説明する。図１６は、熱電素子２の製造に用いられるスパッタリング装置の一構成例を示す。図１６に示すように、このスパッタリング装置は、いわゆるマルチチャンバー型枚葉式スパッタリング装置であり、メインチャンバー２１と、このメインチャンバー２１の周囲に設けられた複数のプロセスチャンバー２２0〜２２8および基材ローダ２３とを備える。なお、スパッタリング装置はマルチチャンバー型枚葉式スパッタリング装置に限定されるものではなく、インライン型スパッタリング装置などを用いてもよい。
【００６５】
メインチャンバー２１は、そのチャンバー２１内に搬送部２４を備える。この搬送部２４は、メインチャンバー２１の中心に配設された回転機構部２５と、この回転機構部２５の中心Ｏから放射状に延びる複数の搬送アーム２６とを備える。搬送アーム２６の数は、例えば、プロセスチャンバー２２0〜２２8および基材ローダ２３の合計の数と同数とされる。
【００６６】
回転機構部２５は、その中心Ｏを軸として回転可能に構成されている。搬送アーム２６は、その一端に基材３を保持するための基材ホルダ２７を備え、この基材ホルダ２７が備えられた側とは反対側の端部が、基材ホルダ２７をプロセスチャンバー２２0〜２２8に向けて突出可能に回転機構部２５に保持されている。基材ローダ２３は、図示を省略した扉（バルブ）を備え、この扉を介して、メインチャンバー２１に対する基材３の搬入および搬出が行われる。
【００６７】
プロセスチャンバー２２0、２２1、２２5は、基材３上にｎ型熱電膜ｎ1を成膜するための成膜室であり、プロセスチャンバー２２3、２２7は、基材３上にｐ型熱電膜ｐ1を成膜するための成膜室である。また、プロセスチャンバー２２2、２２6は、基材３上に絶縁膜ｎ2を成膜するための成膜室であり、プロセスチャンバー２２4、２２8は、基材３上に絶縁膜ｐ2を成膜するための成膜室である。プロセスチャンバー２２1〜２２8内には、薄膜を所定の位置に成膜するためのマスクが設けられている。これに対して、プロセスチャンバー２２0内には、上記マスクが設けられておらず、プロセスチャンバー２２0では薄膜が基材３の一主面全体に成膜される。
【００６８】
図１７は、プロセスチャンバー２２1〜２２8の一構成例を示す。図４に示すように、プロセスチャンバー２２1〜２２8内部には、ターゲット２２ａおよびマスク２２ｂが配設されている。プロセスチャンバー２２1〜２２8とメインチャンバー２１との間には、図示を省略した扉（バルブ）が設けられている。この扉は基材３の搬送および搬出に際して適宜開閉される。また、プロセスチャンバー２２1〜２２8内には、プロセスガスを導入するためのガス導入管（図示省略）がスパッタリング装置の外部から導入されている。また、基材３上に熱電膜を成膜するためのプロセスチャンバー２２0、２２1、２２3、２２5、２２7内には、必要に応じてレーザフラッシュランプなどを備え、成膜した熱電膜に対してアニール処理を施すようにしてもよい。
【００６９】
また、基材３をプロセスチャンバー２２1〜２２8内の所定位置に搬送すると、プロセスチャンバー２２1〜２２8内に設置されたマスク２２ｂに対して、基材３が押し付けられる構成になっている。膜厚遷移領域長が短くならないように、露出部２ｂの幅、積層数などを適宜調整し、マスク２２ｂと基材３の間に僅かの隙間を設けることが好ましい。これにより、基材表面に傷が付きにくいという利点が得られるからである。マスク位置はプロセスチャンバー２２1〜２２8毎に固定されており、その位置は基材３上に積層される各積層膜の成膜エリアに応じて設定されている。
【００７０】
ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｎ2を形成するときには、例えば、図１５に示す各成膜領域に開口を有するマスク２２ｂを用いる。このように、各膜の成膜時にはマスク２２ｂが用いられるので、成膜される範囲が制限される。具体的には、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の端部が交互に接合されるように、マスク２２ｂの位置が各チャンバー２２1〜２２9内で調整される。
【００７１】
例えば、マスク２２ｂはプロセスチャンバー２２1〜２２9内において以下のように設けられる。ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1を成膜するプロセスチャンバー２２1、２２3、２２5、２２7では、マスク２２ｂに対して基材３が押し付けられた状態において、このマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は図２に示す位置Ｐ21、Ｐ22に位置する。絶縁膜ｎ2を成膜するプロセスチャンバー２２2、２２6では、マスク２２ｂに対して基材３が押し付けられた状態において、このマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は図２に示す位置Ｐ11、Ｐ12に位置する。絶縁膜ｐ2を成膜するプロセスチャンバー２２4、２２8では、マスク２２ｂに対して基材３が押し付けられた状態において、このマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は図２に示す位置Ｐ31、Ｐ32に位置する。なお、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1を成膜するときにおけるマスク２２ｂの位置は同一位置である必要はなく、ｐ型熱電膜ｐ1およびｎ型熱電膜ｎ1の両端が交互に接合されるようになっていれば、異なっていてもよい。
【００７２】
次に、上述の構成を有するスパッタリング装置を用いた熱電素子２の製造方法の一例について説明する。
【００７３】
まず、例えば射出成形法により、基材３を成形する。次に、基材ホルダ２７に基材３を保持し、基材ローダ２３を介して基材３をメインチャンバー２１内に搬入する。
【００７４】
次に、基材３を、例えばｎ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２0に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２0内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２0内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えばｎ型熱電材料を主成分とするｎ型熱電膜ｎ1を基材３の一主面全体に形成する。
【００７５】
次に、基材３を、メインチャンバー２１を介して、絶縁材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２2に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２2内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２2内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えば絶縁材料を主成分とする絶縁膜ｎ2をｎ型熱電膜ｎ1上に形成する。このプロセスチャンバー２２2ではマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は例えば図２に示す位置Ｐ11、Ｐ12に位置するので、ｎ型熱電膜ｎ1の両端が絶縁膜ｎ2から露出する。
【００７６】
次に、基材３を、メインチャンバー２１を介して、ｐ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２3に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２2内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２2内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えばｐ型熱電材料を主成分とするｐ型熱電膜ｐ1を絶縁膜ｎ2上に形成する。このプロセスチャンバー２２3ではマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は例えば図２に示す位置Ｐ21、Ｐ22に位置するので、絶縁膜ｎ2の一端がｐ型熱電膜ｐ1から露出し、絶縁膜ｎ2の他端がｐ型熱電膜ｐ1により覆われる。これにより、ｎ型熱電膜ｎ1の他端とｐ型熱電膜ｎ1の他端とが接合される。
【００７７】
次に、基材３を、メインチャンバー２１を介して、絶縁材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２4に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２4内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２4内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えば絶縁材料を主成分とする絶縁膜ｐ2をｐ型熱電膜ｐ1上に形成する。このプロセスチャンバー２２4ではマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は例えば図２に示す位置Ｐ31、Ｐ32に位置するので、ｐ型熱電膜ｐ1の一端が絶縁膜ｐ2から露出し、ｐ型熱電膜ｐ1の他端が絶縁膜ｐ2により覆われる。
【００７８】
次に、基材３を、メインチャンバー２１を介して、ｎ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２5に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２5内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２5内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えばｎ型熱電材料を主成分とするｎ型熱電膜ｎ1上に形成する。このプロセスチャンバー２２5ではマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は例えば図２に示す位置Ｐ21、Ｐ22に位置するので、絶縁膜ｐ2の一端がｎ型熱電膜ｎ1により覆われ、絶縁膜ｐ2の他端がｎ型熱電膜から露出する。これにより、ｐ型熱電膜ｎ1の一端とｎ型熱電膜ｎ1の一端とが接合される。
【００７９】
次に、上述の工程と同様にして、基材３を、メインチャンバー２１を介して、プロセスチャンバー２２6〜２２8に順次搬送して、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基材３上にさらに積層する。
【００８０】
次に、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基材３上のさらに積層する場合には、基材ローダ２３およびプロセスチャンバー２２0を通過し、プロセスチャンバー２２1内に搬送する。その後、上述と同様の成膜工程を繰り返す。そして、積層数が所望の積層数になった時点で、基材３を基材ローダ２３を介して搬出する。
この第６の実施形態において、これ以降の工程は、第１の実施形態と同様である。
【００８１】
この第１の実施形態によれば、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基材３上に順次積層するととともに、ｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1との両端を交互に接合するので、キャリアが互いに異なるｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1とを電気的に直列に接合することができる。したがって、熱電素子２の両端に温度差があると、ｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1とのキャリアが同一方向に移動し、そのキャリアがｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1とで異なるので、露出部２ａ、２ｂ間において大きな出力電圧を得ることができる。また、電気的に直列に接合されたｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1に直流電圧を流すと、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1のキャリアが同一方向に移動するので、積層膜１２の一端を加熱し、他方を冷却することができる。よって、高出力な発電モジュール、または高効率の冷却モジュールとして熱電モジュール１を用いることができる。
【００８２】
また、この第６の実施形態による熱電素子の作製に用いるスパッタリング装置では、プロセスチャンバー２２1〜２２8内にマスク２２ｂを設けているので、各層毎にマスク位置をずらす必要がある熱電素子２の作製において、優れた生産性を実現することができる。これに対して、従来のスパッタリング装置では、マスクが基材表面の適切な位置に配置されるように、マスクを基材ホルダに固定しているので、各層毎にマスク位置をずらす必要がある熱電素子２の作製においては、量産性が低下してしまう。すなわち、この第１の実施形態による熱電素子２の作製に用いるスパッタリング装置では、従来のスパッタリング装置に比して、熱電素子２の生産性を向上させることができる。
【００８３】
また、基材３の一主面３ａ上にｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基材３上に順次積層することにより熱電素子２を作製することができるので、機械加工や熱電材料の組立などの処理が不要である。よって、熱電素子２を効率よく安価に作製することができる。
【００８４】
また、ｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1の接合部近傍では、薄膜を堆積した際に段差ができるが、その段差で熱電膜の性能が劣化しないように、マスク端面の膜厚分布を適切に形成した場合、熱電素子２の特性の劣化なく積層数を多く取ることができる。
【００８５】
また、基材３上にｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ１を繰り返して積層して積層膜１２としているので、ゼーベック係数の大きくすることができる。特に、ゼーベック係数の大きな材料や、積層数を増やした積層膜１２を用いると、電圧値をより大きくすることができる。また、ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ１それぞれの膜厚を厚くした場合にも、得られる電力をより大きくできる。
【００８６】
（７）第７の実施形態
図１８に、この発明の第７の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す。図１９は、図１８に示した熱電素子のＸIＸ−ＸIＸ線に沿った概略断面図である。図１８に示すように、熱電素子２は、基材３と、この基材３の一主面３ａ上に積層された積層膜１２とを備える。図１９に示すように、この熱電素子２は、ｎ型熱電膜ｎ1、およびｐ型熱電膜ｐ1の積層順序が第１の実施形態とは反対になっている。すなわち、この熱電素子２においては、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2が基材３上に繰り返し積層されるとともに、ｐ型熱電膜ｐ1およびｎ型熱電膜ｎ1の両端が交互に接合されている。具体的には例えば、基材３の一端において、ｎ型熱電膜ｎ1の一端と、このｎ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｎ2を介して成膜されたｐ型熱電膜ｐ1の一端とが接合され、基材３の他端において、ｐ型熱電膜ｐ1の他端と、このｐ型熱電膜ｐ1上に絶縁膜ｐ2を介して成膜されたｎ型熱電膜ｎ1の他端とが接合される。
【００８７】
また、積層膜１２の表面は、ｐ型熱電膜ｐ1と大気との接触による特性劣化を抑制する観点から、主として最上層の絶縁膜ｐ2により覆われていることが好ましい。この絶縁膜ｐ2により覆われた積層膜１２の一端から、熱電膜のうちの最下層であるｐ型熱電膜ｐ1の一端が傾斜面３ｂ上において露出し、それとは反対の他端から、熱電膜のうちの最上層であるｐ型熱電膜ｐ1の他端が傾斜面３ｂ上において露出している。これらのｐ型熱電膜ｐ1の露出部２ａおよび露出部２ｂに対してそれぞれ、熱電モジュール１の両側面に設けられた電極膜５、５が接合される。
【００８８】
ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の一端は、絶縁膜ｐ2の一端より内側で、かつ、絶縁膜ｎ2より外側に配設することが好ましく、ｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の他端は、絶縁膜ｐ2の他端より外側で、かつ、絶縁膜ｎ2の他端より内側に配設することが好ましい。これにより、基材３の一端において、ｎ型熱電膜ｎ1の一端と、このｎ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｎ2を介して成膜されたｐ型熱電膜ｐ1の一端とを接合し、基材３の他端において、ｐ型熱電膜ｐ1の他端と、このｐ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｐ2を介して成膜されたｎ型熱電膜ｎ1の他端とを接合することができる。したがって、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端を交互に接合し、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1を電気的に直列に接合することができる。
【００８９】
熱電膜のうちの最下層であるｐ型熱電膜ｐ1の一端は、このｐ型熱電膜ｐ1上に積層される各薄膜の一端より外側に配設することが好ましい。最下層であるｐ型熱電膜ｐ1の一端を積層膜１２から露出させ、この露出部２ａに対して電極膜５を接合することができるからである。
この第７の実施形態においては、上記以外のことは、第１の実施形態と同様である。
【００９０】
この第７の実施形態によれば、上述の第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、露出部２ａ、２ｂにおける電圧の極性は第６の実施形態とは反対になる。
【００９１】
（８）第８の実施形態
（熱電モジュールの構成）
図２０に、この発明の第８の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す。図２１は、図２０に示した熱電素子のＸＸI−ＸＸI線に沿った概略断面図である。この熱電素子２においては、例えば、すべてのｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1が基材３上の同一領域に積層されている。また、この熱電素子２においては、基材３と、熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1との間に導電膜３ａがさらに備えられ、この導電膜３ａの一端が積層膜１２の一端から導出されている。この導出された導電膜３ａの一端は、基材３の一端の傾斜面３ｂ上に配設されている。導電膜３ａの材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｒなどの金属材料またはこれらを主材料とする合金、もしくはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2などの酸化物導電膜またはこれらの混合物を主材料と材料を用いることができるが、これらの材料に限定されるものではなく、導電性を有するものであれば用いることができる。
【００９２】
図２１では、基材３とｎ型熱電膜ｎ1との間に導電膜３ａを設けた場合が示されているが、導電膜３ａとｎ型熱電膜ｎ1とが電気的に接続されていればよく、例えば、ｎ型熱電膜ｎ1と絶縁膜ｎ2との間に導電膜３ａを設けるようにしてもよい。
この第８の実施形態においては、上記以外の構成は、第６の実施形態と同様である。
【００９３】
（熱電モジュールの製造方法）
次に、上述の構成を有する熱電モジュール１の製造方法の一例について説明する。
まず、図２２を参照して、熱電素子２の製造に用いられるスパッタリング装置の一例について説明する。図２２は、熱電素子２の製造に用いられるスパッタリング装置の一構成例を示す。図２２に示すように、このスパッタリング装置は、熱電膜を基材３の一主面全体に成膜するためのプロセスチャンバー２２0が省略されている以外のことは、第６の実施形態におけるものと同様である。
【００９４】
このスパッタリング装置においては、プロセスチャンバー数は、４の倍数の数とすることが好ましい。これは、上述したように、熱電素子２は、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2の４層の積層膜を繰り返しの構成単位とし、また、上記４層の積層膜を成膜するときのマスク位置はそれぞれ固定されていてもよいためである。また、スパッタリング装置の構成を簡略化し、設備投資（初期投資）を低減する観点からすると、プロセスチャンバー数をできる限り少なくすることが好ましく、具体的には、積層膜の構成単位である４層を成膜するのに必要な４チャンバーとすることが好ましい。一方、内部に同時に投入できる基材３の数を増やしたり、マスクや内部の防着板の交換・清掃の周期を長く取ったりすることにより、生産性を向上させる観点からすると、プロセスチャンバー数を多くすることが好ましい。
【００９５】
次に、上述の構成を有するスパッタリング装置を用いた熱電モジュール１の製造方法の一例について説明する。
【００９６】
まず、例えば射出成形法により、基材３を成形する。次に、例えばスパッタリング法により基材３上に導電膜３ａを成膜する。この際、導電膜３ａは、例えば、少なくとも基材３の一端部に成膜される。次に、基材ホルダ２７に基材３を保持し、基材ローダ２３を介して基材３をメインチャンバー２１内に搬入する。
【００９７】
次に、基材３を、例えばｎ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２1に搬入する。そして、プロセスチャンバー２２1内が所定の圧力になるまで真空引きする。その後、例えばＡｒをプロセスチャンバー２２1内に導入しながらスパッタリングを行うことにより、例えばｎ型熱電材料を主成分とするｎ型熱電膜ｎ1を導電膜３ａ上に成膜する。このプロセスチャンバー２２1ではマスク２２ｂが基材３の両端を覆い、その先端は例えば図２１に示す位置Ｐ21、Ｐ22に位置するので、導電膜３ａの一端がｎ型熱電膜ｎ1から露出し、導電膜３ａの他端がｎ型熱電膜ｎ1により覆われ、導電膜３ａとｎ型熱電膜ｎ1とが接合される。
この第８の実施形態においては、これ以降の工程は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
この第８の実施形態によれば、基材３と、熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1との間に導電膜３ａを設け、この導電膜３ａの一端を積層膜１２の一端から導出しているので、すべての熱電膜を同一のマスク位置にて成膜すること可能となる。したがって、熱電素子２の量産性を向上することができる。
【００９９】
また、第１の実施形態のように、ｎ型熱電膜ｎ1を基材３の一主面全体に成膜するためのプロセスチャンバー２２0を設ける必要がなくなるで、第１の実施形態に比してプロセスチャンバー数を減らすことができる。したがって、スパッタリング装置の構成を第１の実施形態に比して簡略化することができる。
【０１００】
（９）第９の実施形態
この第９の実施形態による熱電モジュール１は、基材３が両主面３ａ、３ａにそれぞれ積層膜１２、１２を備える点において、第３の実施形態と異なる。
【０１０１】
図２３は、この発明の第９の実施形態による熱電素子の一構成例を示す。図２３に示すように、熱電素子２は、基材３と、基材３の一主面３ａに設けられた積層膜１２と、基材３の他主面３ａに設けられた積層膜１２と、基材３の一端の傾斜面３ｂ、３ｂに設けられた電極膜７とを備える。基材３の一主面３ａに設けられた積層膜１２は、第６の実施形態における積層膜１２と同様であり、基材３の他主面３ａに設けられた積層膜１２は、第７の実施形態における積層膜１２と同様である。
【０１０２】
熱電素子２の一端において、キャリアが互いに異なるｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の一端がそれぞれ積層膜１２から露出している。この露出部２ａ、２ａに対して、熱電素子２の一端に設けられた電極膜７が電気的に接合される。一方、熱電素子２の他端において、キャリアが互いに異なるｎ型熱電膜ｎ1、ｐ型熱電膜ｐ1の他端がそれぞれ積層膜１２から露出している。この露出部２ｂ、２ｂがそれぞれ、隣り合う熱電素子２の露出部２ｂ、２ｂと導電性ペーストなどを介して電気的に接続される。
【０１０３】
この第９の実施形態において、上記以外のことは、第３の実施形態と同様である。
【０１０４】
この第９の実施形態によれば、基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ積層膜１２、１２を設け、これらを電気的に直列に接続しているので、第３の実施形態よりも大きな出力電圧を得ることができる。
【０１０５】
（１０）第１０の実施形態
この第１０の実施形態による熱電モジュール１は、基材３の両主面３ａ、３ａに積層膜１２、１２を備える点において、第６の実施形態とは異なる。
【０１０６】
図２４は、この発明の第１０の実施形態による熱電素子の一構成例を示す。図２４に示すように、この熱電素子２は、基材３と、この基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ積層された積層膜１２、１２を備える。熱電素子２の一端において、キャリアが同一であるｎ型熱電膜ｎ1、ｎ1の一端がそれぞれ積層膜１２から露出している。この露出部２ａ、２ａに対して、熱電モジュール１の一方の側面に設けられた電極膜５が電気的に接合される。一方、熱電素子２の他端において、キャリアが同一であるｐ型熱電膜ｐ1、ｐ1の他端がそれぞれ積層膜１２から露出している。この露出部２ａ、２ｂに対して、熱電モジュール１の他方の側面に設けられた電極膜５が電気的に接合される。積層膜１２は、上述の第１の実施形態と同様である。
この第１０の実施形態において、上記以外のことは第６の実施形態と同様である。
【０１０７】
この第１０の実施形態によれば、基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ積層膜１２、１２を積層しているので、第６の実施形態よりも高出力を得ることができる。
【０１０８】
（１１）第１１の実施形態
この第１１の実施形態による熱電モジュール１は、基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ熱電膜４、４を備える点において、第１の実施形態とは異なる。
【０１０９】
図２５は、この発明の第１１の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す。図２５に示すように、熱電素子２は、基材３と、基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ設けられた熱電膜４、４とを備える。これらの熱電膜４、４は、同一の種類のキャリアを有する熱電膜である。また、熱電素子２の少なくとも一方の主面には絶縁膜１４を設け、隣り合う熱電素子間を絶縁することが好ましい。
この第１１の実施形態において、上記以外のことは第１の実施形態と同様である。
【０１１０】
この第１１の実施形態によれば、基材３の両主面３ａ、３ａにそれぞれ熱電膜４、４を設けているので、第１の実施形態よりも高出力を得ることができる。
【０１１１】
（１２）第１２の実施形態
上述の第８の実施形態では、熱電膜および絶縁膜の両端の位置のみをマスクにより設定する例について説明したが、上記両端以外の周縁において、熱電膜および絶縁膜のマスクの先端位置を同一とすると、スパッタチャンバー間のマスク位置ずれにより、熱電膜がショートして所望の電圧値が得られなくなる場合がある。そこで、第１２の実施形態では、上記両端以外の周縁において、絶縁膜のマスクの先端位置を熱電膜のマスクの先端位置より外側に配置することで、熱電膜の周縁部のショートを抑制する例について説明する。
【０１１２】
（熱電素子の構成）
図２６は、この発明の第１２の実施形態による熱電素子の一構成例を示す。図２７は、図２６に示した熱電素子のＸＸVII−ＸＸVII線に沿った概略断面図である。この積層膜４においては、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端が交互に接合されるのに対して、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端以外の周縁はそれぞれ、絶縁膜ｎ2および絶縁膜ｐ2により覆われ断絶されている。具体的には、ｐ型熱電膜ｐ1の一端は、図２１に示すように、絶縁膜ｐ2により覆われずｎ型熱電膜ｎ1の一端と接合されているのに対して、ｐ型熱電膜ｐ1の一端以外の周縁は、図２１および図２７に示すように、絶縁膜ｐ2により覆われてｎ型熱電膜ｎ1の周縁と断絶されている。また、ｎ型熱電膜ｎ1の他端は、図２１に示すように、絶縁膜ｎ2により覆われずｐ型熱電膜ｐ1の他端と接合されているのに対して、ｎ型熱電膜ｎ1の他端以外の周縁は、図２１および図２７に示すように、絶縁膜ｎ2により覆われてｐ型熱電膜ｐ1の周縁と断絶されている。
【０１１３】
（熱電素子の製造方法）
まず、熱電素子の製造に用いられるスパッタ装置のプロセスチャンバー２２1〜２２8内におけるマスク２２ｂの配置位置の一例について説明する。
絶縁膜ｎ2または絶縁膜ｐ2のマスク２２ｂの先端位置が、ｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1のマスク２２ｂの先端位置より外側となる場合には、絶縁膜ｎ2、または絶縁膜ｐ2のマスク２２ｂの先端位置は、ｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1のマスク２２ｂの先端位置よりも膜厚遷移領域長以上、ｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1の成膜領域長の半分以下外側に位置していることが好ましい。ここで、ｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1の成膜領域長の半分とは、具体的には、（位置Ｐ52−位置Ｐ51）／２により得られる値のことを示す。
【０１１４】
例えば、基材２１の両端以外の周縁において、絶縁膜ｎ2および絶縁膜ｐ2のマスク２２ｂの先端位置Ｐ41、Ｐ42はそれぞれ、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1のマスク２２ｂの先端位置Ｐ51、Ｐ52よりも膜厚遷移領域長以上、ｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1の成膜領域長の半分以下外側に位置していることが好ましい。マスク先端位置の差が膜厚遷移領域長以上であると、絶縁膜ｎ2および絶縁膜ｐ2によりｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端以外の周縁を覆うことができる。すなわち、両端以外においてｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1とのショートを抑制し、出力電圧値を安定させることができる。また、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の周縁が大気と接触することを防ぎ、熱電素子２の耐久性を向上することもできる。マスク先端位置の差がｎ型熱電膜ｎ1またはｐ型熱電膜ｐ1の成膜領域長の半分以下であると、基板３上におけるｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の成膜領域を十分に確保し、熱電素子２の性能指数の低下を抑制することができる。
【０１１５】
次に、上述の構成を有する熱電素子２の製造方法の一例について説明する。
まず、基材３を、例えばｎ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２1に搬入し、マスク２２ｂに対して基材２２を押し付ける。これにより、マスク２２ｂにより基材３の周縁のすべてが覆われる。次に、ターゲット２２ａをスパッタリングすることにより、基材３上にｎ型熱電膜ｎ1を成膜する。これにより、図２１および図２７に示すように、基材３の周縁すべてがｎ型熱電膜ｎ1から露出する。
【０１１６】
次に、基材３を、例えば絶縁材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２2に搬入し、マスク２２ｂに対して基材２２を押し付ける。これにより、ｎ型熱電膜ｎ1の一端がマスク２２ｂにより覆われるのに対して、それ以外の周縁がマスク２２ｂにより覆われず露出する。次に、ターゲット２２ａをスパッタリングすることにより、ｎ型熱電膜ｎ1上に絶縁膜ｎ2を成膜する。これにより、図２１および図２７に示すように、ｎ型熱電膜ｎ1の一端が絶縁膜ｎ2から露出するのに対して、それ以外の周縁が絶縁膜ｎ2により覆われる。
【０１１７】
次に、基材３を、例えばｐ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２3に搬入し、マスク２２ｂに対して基材２２を押し付ける。これにより、絶縁膜ｎ2の一端がマスク２２ｂにより覆われず露出するのに対して、それ以外の周縁がマスク２２ｂにより覆われる。次に、ターゲット２２ａをスパッタリングすることにより、絶縁膜ｎ2上にｐ型熱電膜ｐ1を成膜する。これにより、図２１および図２７に示すように、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の一端同士が接合されるのに対して、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の一端以外の周縁が絶縁膜ｎ2により断絶される。
【０１１８】
次に、基材３を、例えば絶縁材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２4に搬入し、マスク２２ｂに対して基材２２を押し付ける。これにより、ｐ型熱電膜ｐ1の他端がマスク２２ｂにより覆われるのに対して、それ以外の周縁がマスク２２ｂにより覆われず露出する。次に、ターゲット２２ａをスパッタリングすることにより、ｐ型熱電膜ｐ1上に絶縁膜ｐ2を成膜する。これにより、図２１および図２７に示すように、ｐ型熱電膜ｐ1の他端が絶縁膜ｐ2から露出するのに対して、それ以外の周縁が絶縁膜ｐ2により覆われる。
【０１１９】
次に、基材３を、例えばｎ型熱電材料を主成分とするターゲット２２ａが配設されたプロセスチャンバー２２5に搬入し、マスク２２ｂに対して基材２２を押し付ける。これにより、絶縁膜ｎ2の他端がマスク２２ｂにより覆われず露出するのに対して、それ以外の周縁がマスク２２ｂにより覆われる。次に、ターゲット２２ａをスパッタリングすることにより、絶縁膜ｐ2上にｎ型熱電膜ｎ1を成膜する。これにより、図２１および図２７に示すように、ｐ型熱電膜ｐ1およびｎ型熱電膜ｎ1の他端同士が接合されるのに対して、ｐ型熱電膜ｐ1およびｎ型熱電膜ｎ1の他端以外の周縁が絶縁膜ｐ2により断絶される。
【０１２０】
次に、プロセスチャンバー２２6〜２２8に基材３を順次搬送し、上述のプロセスチャンバー２２2〜２２4におけるのと同様にして、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基材３上に順次積層する。次に、必要に応じて、上述と同様の成膜工程を繰り返し、積層数が所望の積層数となった時点で、基材３を基材ローダ２３を介して搬出する。
以上により、目的とする熱電素子２が得られる。
この第１２の実施形態において、上記以外のことは、第８の実施形態と同様である。
【実施例】
【０１２１】
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明するが、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の実施例においては、上述の実施形態と対応する部分には同一の符号を付す。
【０１２２】
（実施例１）
まず、厚み０．５ｍｍ、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍの四角形状の主面３ａを有する基板３を射出成形により成形した。この基板３の両端には、両主面３ａ、３ａから傾斜する、断面Ｖ字状の傾斜面３ｂ、３ｂを形成し、それ以外の端部には、錐面を形成した。傾斜面３ｂの傾斜角度は、４５度とした。但し、傾斜角度は基板３の主面３ａを基準とした角度とする。
【０１２３】
次に、基材３の一主面３ａからこの一主面３ａの両端の傾斜面３ｂ、３ｂにわたって連続的に、ＧｅＢアモルファス膜をスパッタリング法により成膜した。これにより、熱電素子２が得られた。
【０１２４】
次に、熱電素子２の熱電膜４上に感圧性粘着剤を塗布し、この熱電膜４上に、同様に作製した熱電素子２を載置した。この載置の際には、熱電膜４が成膜された成膜面と基板３が露出する露出面とが対向するとともに、基板端部の傾斜面３ｂの方向が揃うようにした。この工程を複数回繰り返して、複数の熱電素子２を積層した。次に、積層した熱電素子２の側面のうち、傾斜面３ｂが揃った一方の側面上にＡｌ薄膜５をスパッタリング法により成膜し、他方の側面上にカーボン薄膜５をスパッタリング法により成膜した。
以上により、目的とする熱電モジュール１が得られた。
【０１２５】
（特性評価）
上述のようにして得られた熱電モジュール１に対して、光源としてハロゲンランプを用いてカーボン薄膜５の側から光を照射し、カーボン薄膜表面と、Ａｌ薄膜表面との温度を熱電対により測定した。その結果、カーボン薄膜５の表面温度は４５℃に到達し、Ａｌ薄膜５の表面温度は室温と同様の２５℃に保たれていることが確認された。次に、Ａｌ薄膜５とカーボン薄膜５との間の電圧を測定したところ、１．３ｍＶの電圧が測定され、発電が行われることが確認された。
【０１２６】
（実施例２）
まず、実施例１と同様にして基板３を成形した。次に、スパッタリング装置（Canon-Anelva社製、商品名：C-3103）を用いて、スパッタリング装置（Canon-Anelva社製、商品名：C-3103）を用いて、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2を基板３上に順次積層するとともに、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端を交互に接合した。この際、積層した熱電膜のうちの最下層であるｎ型熱電膜ｎ1の一端を、積層膜１２の表面を覆う絶縁膜ｎ2から露出させるとともに、積層した熱電膜のうちの最上層であるｎ型熱電膜ｎ1の他端を、積層膜１２の表面を覆う絶縁膜ｎ2から露出させることにより、積層膜１２の両端に露出部２ａ、２ｂを形成し、この露出部２ａ、２ｂをそれぞれ基板両端の傾斜面３ｂ、３ｂ上に配設した。
以下に、各層の材料、膜厚を示す。
ｐ型熱電膜ｎ1：ＧｅＢ、３７０ｎｍ
絶縁膜ｎ2、絶縁膜ｐ2：ＳｉＮ、７５ｎｍ
ｎ型熱電膜ｐ1：（ＩｎＧａＯ3）50（ＺｎＯ）50、２９０ｎｍ
【０１２７】
次に、上述のようにして得られた熱電素子２を用いる以外のことは実施例１と同様にして熱電モジュール１を得た。
【０１２８】
（特性評価）
上述のようにして得られた熱電モジュール１に対して、実施例１と同様にしてカーボン薄膜表面とＡｌ薄膜表面との温度を測定した。その結果、カーボン薄膜５の表面温度、Ａｌ薄膜５の表面温度はそれぞれ、実施例１の熱電モジュール１のものとほぼ同様であった。次に、Ａｌ薄膜５とカーボン薄膜５との間の電圧を測定したところ、３．５ｍＶの電圧が測定された。実施例２の熱電モジュールでは、実施例１のものに比べておよそ３倍の電圧が得られた。
【０１２９】
（実施例３）
まず、基板３のサイズ、厚みは同じであるが、傾斜面３ｂを５ｍｍと短くする以外は、実施例１と同様にして熱電モジュール１を作製した。次に、傾斜面３ｂを５ｍｍと短くすること、積層した複数の熱電素子２の両側面にＡｌ薄膜３を成膜すること以外は、実施例１と同様にして２つの熱電モジュール１を作製した。次に、上述のようにして得られた３つの熱電モジュール１を、Ａｌ薄膜同士が対向するようにして導電性ペーストを用いて複数貼り合わせた。
以上により、目的とする熱電システム３０が得られた。
【０１３０】
（特性評価）
次に、上述のようにして得られた熱電システム３０に対して、光源としてハロゲンランプを用いてカーボン薄膜５の側から光を照射し、熱電システム３０の両側面にて露出したカーボン薄膜５およびＡｌ薄膜５の間の電圧を測定したところ、３．６ｍＶの電圧が測定され、発電が行われることが確認された。さらに多くの熱電モジュール１を組み合わせることにより、より大きな電圧値が得られると考えられる。
【０１３１】
（実施例４）
傾斜面３ｂの傾斜角度θ1、θ2を変える以外のことは、実施例１と同様にして複数の熱電モジュール１を得た。なお、上述したように、基板３の一主面３ａに対する傾斜面３ｂの傾斜角度をθ1、基板３の他主面３ａに対する傾斜面３ｂの傾斜角度をθ2とした（図３参照）。
【０１３２】
上述のようにして得られた複数の熱電モジュール１のＡｌ薄膜５およびカーボン薄膜５の状態を観察した。その結果から、実施例４の構成で傾斜角θ1＝４５度、傾斜角θ2＝０度とすると、熱電膜４は基板３の傾斜面３ｂに連続的に端部まで成膜されるが、電極膜としてのカーボン膜５が、基板端部の傾斜面３ｂが急であるために傾斜角θ2＝０度の面に良好に成膜されず、熱電膜４の間の導通がとれなくなることがわかった。したがって、傾斜角θ2として適切な角度が存在する。傾斜角θ2＝３０度以上が好ましいが、傾斜角θ2が２０度を超えれば、カーボン膜５が傾斜面３ｂにかろうじて成膜され、熱電膜間の導通がとれ、熱電膜表面まで良好に成膜される。したがって、傾斜角θ2は２０度以上が好ましい。また、傾斜角θ2＞７０度では、熱電膜４の電極面の面積をほとんど取ることができず、良好な導通がとれなかった。したがって、傾斜角θ2は７０度以下が好ましい。
【０１３３】
次に、傾斜角θ2＝４５度として傾斜角θ1＝１０度としたところ、カーボン薄膜５がほどんと熱電膜４上に成膜されず、良好な導通が得られなかった。傾斜角θ1を２０度以上とすることで良好な結果が得られた。これは傾斜角θ2と同様の理由による。したがって、θ2も２０度以上とすることが好ましい。さらに、傾斜角θ1＞７０度としたところ、熱電材料が端面にほとんど成膜されず、良好な導通がとれない。したがって、傾斜角θ1も７０度以下であることが好ましい。
【０１３４】
（実施例５）
まず、縦５ｍｍ×横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平板状の合成石英基板３を準備した。次に、スパッタ装置（Canon-Anelva社製、商品名：C-3103）を用いて、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2、ｎ型熱電膜ｎ1、絶縁膜ｎ2、ｐ型熱電膜ｐ1、絶縁膜ｐ2を基板３の一主面３ａに順次積層するとともに、ｎ型熱電膜ｎ1およびｐ型熱電膜ｐ1の両端を交互に接合することにより、積層膜１２を形成した。また、積層した熱電膜のうちの最下層であるｐ型熱電膜ｐ1の一端を、積層膜１２の表面を覆う絶縁膜ｐ2から露出させるとともに、積層した熱電膜のうちの最上層であるｐ型熱電膜ｐ1の他端を、積層膜１２の表面を覆う絶縁膜ｐ2から露出させることにより、積層膜１２の両端に露出部２ａ、２ｂを形成した。
以上により、目的とする熱電素子２を得た。
以下に、上記各層の成膜工程の詳細について示す。
【０１３５】
（ｐ型熱電膜の成膜工程）
ＧｅＢターゲットが備えられたプロセスチャンバー内に基板３を搬送し、プロセスチャンバー内を真空引きした後、プロセスチャンバー内にＡｒガスを導入しながら、ＧｅＢターゲットをスパッタリングして、ＧｅＢ膜ｐ1を基板３上に成膜した。
この成膜工程における成膜条件を以下に示す。
スパッタリング法：直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタリング法
ターゲット：ＧｅＢターゲット(組成：Ｇｅ80Ｂ20)
到達真空度:２×１０-5Ｐａ
Ａｒガス流量:１５０ｓｃｃｍ
スパッタガス圧:０．６Ｐａ
スパッタ電力:２．５ｋＷ
スパッタターゲット：φ６インチ
膜厚:３７０ｎｍ
マスク：長方形状の開口を有する、厚さ１００μｍのマスク
但し、基板３上に最初に成膜されるｐ型熱電膜ｐ1を成膜するプロセスチャンバー内には、マスクを設けず、基板３の一主面全体にｐ型熱電膜ｐ1を成膜した。
【０１３６】
（ｎ型熱電膜の成膜工程）
ＩＧＺＯターゲットが備えられたプロセスチャンバー内に基板３を搬送し、プロセスチャンバー内を真空引きした後、プロセスチャンバー内にＡｒガスおよびＯ2ガスを導入しながら、ＩＧＺＯターゲットをスパッタリングして、ＧｅＢ膜ｎ1を基板３上に成膜した。
この成膜工程における成膜条件を以下に示す。
スパッタリング法：直流（ＤＣ）マグネトロンスパッタリング法
ターゲット：ＩＧＺＯターゲット(組成：（ＩｎＧａＯ3）50（ＺｎＯ）50)
到達真空度: ２×１０-5Ｐａ
Ａｒガス流量:１２０ｓｃｃｍ
Ａｒ＋Ｏ2(Ｏ2分圧１０％)ガス流量:３０ｓｃｃｍ
スパッタガス圧:０．６Ｐａ
スパッタ電力:１．５ｋＷ
スパッタターゲット：φ６インチ
膜厚:２９０ｎｍ
マスク：長方形状の開口を有する、厚さ１００μｍのマスク
【０１３７】
（絶縁膜の成膜工程）
ＳｉＮターゲットが備えられたプロセスチャンバー内に基板３を搬送し、プロセスチャンバー内を真空引きした後、プロセスチャンバー内にＡｒガスおよびＮ2ガスを導入しながら、ＳｉＮターゲットをスパッタリングして、ＳｉＮ膜ｎ2またはＳｉＮ膜ｐ2を基板３上に成膜した。なお、ＳｉＮ膜ｎ2またはＳｉＮ膜ｐ2は、Ｓｉ3Ｎ4に近い非化学量論的組成の材料を主成分とする、屈折率２．０の透明膜とした。
この成膜工程における成膜条件を以下に示す。
スパッタリング法：高周波（ＲＦ）マグネトロンスパッタリング法
ターゲット：ＳｉＮ
到達真空度:２×１０-5Ｐａ
Ａｒガス流量：３０ｓｃｃｍ
Ｎ2ガス流量：２０ｓｃｃｍ
スパッタガス圧：０．２３Ｐａ
スパッタ電力：１．５ｋＷ
スパッタターゲット：φ６インチ
膜厚：７５ｎｍ
マスク：長方形状の開口を有する、厚さ１００μｍのマスク
【０１３８】
（実施例６）
ｐ型熱電膜ｐ1のみを基板３上に成膜する以外のことは実施例５と同様にして熱電素子２を得た。
【０１３９】
（実施例７）
ｎ型熱電膜ｎ1のみを基板３上に成膜する以外のことは実施例５と同様にして熱電素子２を得た。
【０１４０】
（熱電素子の評価）
上述のようにして得られた熱電素子２のゼーベック係数を測定することにより、熱電素子２を評価した。一般的には、熱電素子２の特性を評価する際には、抵抗値（パワーファクタ）や熱伝導率（性能指数ＺＴ）を含めて、その性能の優劣を評価することが多いが、この発明は、積層構造により出力電圧を上げ、これによって特性を向上させるものであるため、ここではゼーベック係数のみの比較を行う。
【０１４１】
図２８に、ゼーベック係数の測定に用いた測定装置の構成を示す。プローブ３２ａ、３２ｂはばねにより熱電素子２に対して押しつけられるようになっている。セラミックブロックの３５の両端には、ヒータ３３およびクーラー３４が設けられ、これらによりセラミックブラック３５の上部、下部に温度差が与えられ、上部が最高で４５℃、下部が室温程度で安定するように設計されている。なお、パワーファクタや性能指数ＺＴを評価し、特性の良い材料を選択して用いることで、熱電素子２の特性をより向上できることはいうまでもない。
【０１４２】
上述の構成を有する測定装置を用いて以下のようにしてゼーベック係数を求めた。
まず、セラミックブロック３５に熱伝導グリスを塗り、試料としての熱電素子２を貼り付けた。次に、プローブ３２ａ、３２ｂを熱電素子２の露出部２ａ、２ｂに対して押し付けた。また、そのプローブ３２ａ、３２ｂの近傍に別途温度測定用のシース型熱電対（坂口電熱Ｔ３５型）を配置した。次に、ヒータ３３およびクーラー３４によりセラミックブロック３５の上部、下部に温度差を与え、上部の温度を最高で４５℃、下部の温度を室温程度で安定させた。この温度が安定した時点で電極３１ａ、３１ｂ間の電圧をマルチメータで測定するとともに、上記シース型熱電対によりプローブ位置での温度を測定し、ゼーベック係数を求めた。具体的には、マルチメータとしてKeithley社製の２７００（多チャンネルＤＭＭ）および７７００オプション（２０ｃｈ．差動カード）を用いて、電圧値と２点の温度とを同時に測定し、ゼーベック係数を正確に計算し求めた。
【０１４３】
上記測定の結果から、熱電材料としてＧｅＢ、ＩＧＺＯを用いた場合、温度上昇の際にもゼーベック係数はすぐに安定した一定値を示し、高温部の温度が４５℃までの範囲ではゼーベック係数が温度によらずほぼ一定であり、また、温度下降の際にもヒステリシスを示さないことがわかった。
【０１４４】
また、ＧｅＢ単層の場合、ゼーベック係数は−１２０μＶ／Ｋ、ＩＧＺＯ単層の場合、ゼーベック係数は＋８０μＶ／Ｋであった。これに対して、ＧｅＢ／ＳｉＮ／ＩＧＺＯ／ＳｉＮ／ＧｅＢの構成では、ゼーベック係数は−３５０μＶ／Ｋという高い値が得られた。この値は、ＧｅＢ層、ＩＧＺＯ層、ＧｅＢ層それぞれのゼーベック係数の足し合わせたものにほぼ等しくなっている。やや高めの値となったのは、ｐ型熱電膜ｐ1とｎ型熱電膜ｎ1の接触面がやや広く、また、保護膜（絶縁膜）の範囲が単層の場合よりも広いために膜の劣化が少なかったためであると考えられる。
【０１４５】
この実施例では、熱電材料を合計３層しか積層しなかったが、熱電材料の積層数をさらに増やすことで、さらに高い出力電圧を得ることができる。また、電流が各層を乱れずに流れることから、出力電圧としても理想的な高い値を得ることができる。
【０１４６】
（積層膜端部の評価）
上述のようにして得られた実施例５の熱電素子２の積層膜端部の形状を、段差形状測定機（Tencor社製、商品名：Ｐ１５）を用いて測定した。その結果を図２９に示す。
【０１４７】
図２９から、基板３の成膜面に対して、厚さ１００μｍのマスクをコンタクトさせて、スパッタリング法により成膜する場合、１００μｍの段差のスクリーニング効果により、膜厚変化領域が生じ、その幅はおよそ１００μｍであることがわかる。基板３上に積層される各層の膜厚は５０〜４００ｎｍであり、また、スパッタリング法により成膜される膜厚は１００μｍを超えることはほとんどないので、上述したようなマスクを用いて成膜した場合の積層膜端部の形状は、図１５に概略的に示したものとは異なったものとなる。
【０１４８】
図２９に示すように、積層膜端部の膜厚が変化している領域のうちから、膜厚遷移領域長を次のように定義する。すなわち、平均膜厚の１０％の厚さとなる位置から、平均膜厚の９０％の厚さとなる位置までの面内方向の距離を膜厚遷移領域長とする。図２９に示す実施例５の積層膜端部の場合、正確な膜厚遷移領域長は１０８μｍである。ここで、平均膜厚は、図２９から求められる、基板表面と積層膜表面までの間の段差距離とした。この段差距離は測定に使用した段差形状測定機のソフトウェアにより算出される。
【０１４９】
上述したようなマスクを用い、積層膜１２の膜厚が１００μｍとなるように成膜すると、膜厚遷移領域長が１００μｍの場合、膜厚遷移領域における積層膜の最表面の傾斜角度は４５度である。したがって、最表面の膜も、傾斜部分の膜厚が薄くならずに理想的に絶縁膜ｎ2、ｐ2などが積層され、絶縁膜ｎ2、ｐ2が保護膜として機能する。熱電膜の膜厚が３００ｎｍ、絶縁膜の膜厚が４０ｎｍの場合、３００層近く積層される。ｐ型、ｎ型熱電材料としてＧｅＢ、ＩＧＺＯを用いると、３０ｍＶ／Ｋの電圧が得られる。わずか３３Ｋの温度差でも１Ｖの電圧が得られ、電気製品を駆動するのに十分な特性が得られる。ゼーベック係数の大きな材料を用いればさらに大きな出力が得られる。
【０１５０】
リソグラフィー技術などは用いずに、マスクを用いて、積層膜端部の膜厚遷移領域長を十分広く取ることにより、積層膜１２の積層数を増やしても端面に膜が理想的に皮膜される。マスクを薄くし基板３に密着させることにより５μｍの膜厚遷移領域長とした場合、絶縁膜ｎ2、ｐ2が十分に皮膜されず、電圧の降下が観測される。これは、ｎ型熱電膜ｎ1とｐ型熱電膜ｐ1との接合部同士が、端面で接触するためである。１０層程度までの積層であれば、膜厚遷移領域の最表面の傾斜が大きくならないので絶縁は十分となるが、逆に、積層数が少ないために十分な出力が得られない。したがって、膜厚遷移領域長は５μｍ以上であることが好ましい。
【０１５１】
以上、この発明の第１〜第１２の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の第１〜第１２の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１５２】
例えば、上述の第１〜第１２の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【０１５３】
また、上述の第１〜第１２の実施形態の各構成は、この発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【０１５４】
また、上述の第１〜１２の実施形態では、熱電モジュール１または熱電システム３０の電極膜５、５が設けられた面を全体として平面、円柱面、および球面とする場合を説明したが、電極膜５、５が設けられた面の形状は上記形状に特に限定されるものではなく、所望とする特性に応じて、放物面、双曲面、楕円面、４次曲面、自由曲面などの曲面としてもよい。
【０１５５】
また、上述の第１〜第２、第４〜第８、第１０〜第１２の実施形態において、電極膜５上に光吸収膜をさらに備えるようにしてもよい。このような構成にすることで、熱電モジュール１または熱電システム３０に照射された光を光吸収膜が吸収するので、電極膜５として光吸収性の低い材料を用いることもできる。すなわち、電極膜５の材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属単体、またはこれらを主成分とする合金を用いることができるが、電極として所望の機能が得られるものであればよく、特に上記材料に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】この発明の第１の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す概略断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態による熱電素子の基材の一形状例を示す側面図および斜視図である。
【図３】図２に示した基材の端部の拡大して示した概略断面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態による熱電素子の熱電膜の成膜領域の一例を示す概略断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態による熱電モジュールの製造方法の一例について説明するための工程図である。
【図６】この発明の第１の実施形態による熱電素子の基材の傾斜面間に形成された溝部を拡大して示す概略断面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による熱電システムの一構成例を示す概略断面図である。
【図８】この発明の第３の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す概略断面図である。
【図９】この発明の第４の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す概略断面図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態による熱電素子の基材の一形状例を示す斜視図である。
【図１１】この発明の第５の実施形態による熱電システムの一構成例を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示した熱電システムのＸII−ＸII線に沿った概略断面図である。
【図１３】この発明の第５の実施形態による熱電素子の基材の一形状例を示す斜視図である。
【図１４】この発明の第６の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示した熱電素子のＸＶ−ＸＶ線に沿った概略断面図である。
【図１６】この発明の第６の実施形態による熱電素子の製造に用いられるスパッタリング装置の一構成例を示す概略図である。
【図１７】図１６に示したスパッタリング装置のプロセスチャンバーの一構成例を示す概略図である。
【図１８】この発明の第７の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示した熱電素子のＸIＸ−ＸIＸ線に沿った概略断面図である。
【図２０】この発明の第８の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示した熱電素子のＸＸI−ＸＸI線に沿った概略断面図である。
【図２２】この発明の第８の実施形態による熱電素子の製造に用いられるスパッタリング装置の一構成例を示す概略図である。
【図２３】この発明の第９の実施形態による熱電素子の一構成例を示す概略断面図である。
【図２４】この発明の第１０の実施形態による熱電素子の一構成例を示す概略断面図である。
【図２５】この発明の第１１の実施形態による熱電モジュールの一構成例を示す概略断面図である。
【図２６】この発明の第１２の実施形態による熱電素子の外観の一例を示す斜視図である。
【図２７】図３０に示した熱電素子のＸＸVII−ＸＸVII線に沿った概略断面図である。
【図２８】実施例５〜７の熱電素子のゼーベック係数の測定に用いた測定装置の構成を示す概略図である。
【図２９】実施例５の熱電素子の積層膜端部の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５７】
１    熱電モジュール
２    熱電素子
２ａ、２ｂ    露出部
３    基材
３ａ  導電膜
４    熱電膜
４ａ、ｐ1    ｐ型熱電膜
４ｂ、ｎ1    ｎ型熱電膜
ｐ2、ｎ2    絶縁膜
５    電極膜
５ａ    溝
６    接着剤
７    電極膜
８    絶縁膜
９    光吸収膜
１０    導電ペースト
１１    電極
１２    積層膜
１３    ターンテーブル
１４    絶縁膜
２１    メインチャンバー
２２0〜２２8    プロセスチャンバー
２２ａ    ターゲット
２２ｂ    マスク
２３    基材ローダ
２４    搬送部
２５    回転機構
２６    搬送アーム
２７    基材ホルダ
３０    熱電システム
【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】
2009182142.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009182142.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009182142.tif 000012
【図１１】
2009182142.tif 000013
【図１２】
2009182142.tif 000014
【図１３】
2009182142.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2009182142.tif 000017
【図１６】
2009182142.tif 000018
【図１７】
2009182142.tif 000019
【図１８】
2009182142.tif 000020
【図１９】
2009182142.tif 000021
【図２０】
2009182142.tif 000022
【図２１】
2009182142.tif 000023
【図２２】
2009182142.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2009182142.tif 000027
【図２６】
2009182142.tif 000028
【図２７】
2009182142.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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