JP3136657B2 - 熱電素子の製造方法 - Google Patents
熱電素子の製造方法Info
- Publication number
- JP3136657B2 JP3136657B2 JP03171084A JP17108491A JP3136657B2 JP 3136657 B2 JP3136657 B2 JP 3136657B2 JP 03171084 A JP03171084 A JP 03171084A JP 17108491 A JP17108491 A JP 17108491A JP 3136657 B2 JP3136657 B2 JP 3136657B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- particles
- thermoelectric element
- junction
- type semiconductor
- capsule
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電素子の製造方法に
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電素子は、熱エネルギーを電気エネル
ギーに変換する素子であり、図５に示すように、ｐ型半
導体１とｎ型半導体２とをＵ字形に接合させ、その先端
のｐ−ｎ接合部３を高温にさらして、発電させるもので
ある。
ギーに変換する素子であり、図５に示すように、ｐ型半
導体１とｎ型半導体２とをＵ字形に接合させ、その先端
のｐ−ｎ接合部３を高温にさらして、発電させるもので
ある。
【０００３】そしてこの半導体の材料は、表１に示すよ
うに種々開発されており、製造するに際してはこれらの
粉末を加圧焼結して成形するのが一般的である。
うに種々開発されており、製造するに際してはこれらの
粉末を加圧焼結して成形するのが一般的である。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで熱電素子にお
いては、熱感応速度を速くするために、ｐ−ｎ接合部３
を細くする（断面積を小さく）ことが要求される。しか
しながら、細くすることはｐ−ｎ接合部３に集中荷重が
加わることとなり、強度的に厳しい状態となる。
いては、熱感応速度を速くするために、ｐ−ｎ接合部３
を細くする（断面積を小さく）ことが要求される。しか
しながら、細くすることはｐ−ｎ接合部３に集中荷重が
加わることとなり、強度的に厳しい状態となる。
【０００６】そこで本発明は、上記事情に鑑み、強固な
ｐ−ｎ接合部を有する熱電素子を製造する方法を提供す
べく創案されたものである。
ｐ−ｎ接合部を有する熱電素子を製造する方法を提供す
べく創案されたものである。
【０００７】なお本発明に対比すべき従来技術として、
「熱電素子の製造法」（特公昭５４−４１３１５号公
報）がある。ただしこの方法は、単にｐ型或いはｎ型の
化合物粉末を混合した圧粉体を加圧焼結してｐ−ｎ接合
部とする、としただけであり、実際には均一な圧粉体と
するのは難しく、強度等の信頼性に課題があると考えら
れる。
「熱電素子の製造法」（特公昭５４−４１３１５号公
報）がある。ただしこの方法は、単にｐ型或いはｎ型の
化合物粉末を混合した圧粉体を加圧焼結してｐ−ｎ接合
部とする、としただけであり、実際には均一な圧粉体と
するのは難しく、強度等の信頼性に課題があると考えら
れる。
【０００８】また「電熱変換素子」（特開平２−１０６
０７９号公報）では、低熱伝導材料から成る粒子の周り
に半導体を構成する材料から成る被覆層をメッキまたは
融着で形成し、これを焼結する手段が開示されている
が、この方法では湿式の特別な工程を必要し、製造工程
が複雑化するおそれがある。
０７９号公報）では、低熱伝導材料から成る粒子の周り
に半導体を構成する材料から成る被覆層をメッキまたは
融着で形成し、これを焼結する手段が開示されている
が、この方法では湿式の特別な工程を必要し、製造工程
が複雑化するおそれがある。
【０００９】さらに「熱電気変換素子とその製造方法」
（特開昭６１−２０３６８７号公報）は、半導体薄膜を
耐熱性絶縁薄板の両面に積層して、これを半導体粉末の
焼結板で挟んで、熱拡散により接合させるものである
が、これも数回の焼結と成膜工程が必要なために、工程
の複雑化、高コスト化が避け難い。
（特開昭６１−２０３６８７号公報）は、半導体薄膜を
耐熱性絶縁薄板の両面に積層して、これを半導体粉末の
焼結板で挟んで、熱拡散により接合させるものである
が、これも数回の焼結と成膜工程が必要なために、工程
の複雑化、高コスト化が避け難い。
【００１０】本発明は、このような従来提案が有してい
る懸念がないものとして為されたものである。
る懸念がないものとして為されたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ｐ型半導体と
ｎ型半導体とを適宜接合させた熱電素子を製造するに際
して、その両半導体の成分のうち電導性の低い物質を核
粒子とし、電導性の高い物質を被覆粒子としてカプセル
粒子を形成した後、このカプセル粒子の粉末をプラズマ
焼結してｐ−ｎ接合部を成形するものである。
ｎ型半導体とを適宜接合させた熱電素子を製造するに際
して、その両半導体の成分のうち電導性の低い物質を核
粒子とし、電導性の高い物質を被覆粒子としてカプセル
粒子を形成した後、このカプセル粒子の粉末をプラズマ
焼結してｐ−ｎ接合部を成形するものである。
【００１２】
【作用】上記方法によって、ｐ−ｎ接合部の成分はｐ型
半導体及びｎ型半導体に共通であるため焼結反応が促進
されると共に、粒子が均一に分散される。
半導体及びｎ型半導体に共通であるため焼結反応が促進
されると共に、粒子が均一に分散される。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に従って説
明する。
明する。
【００１４】図１及び図２は、本発明に係わる熱電素子
の製造方法第一の実施例を示したものであり、ｐ型半導
体１１としてＦｅＳｉ2 を、ｎ型半導体１２としてＣｏ
Ｓｉを用いる場合において示したものである。
の製造方法第一の実施例を示したものであり、ｐ型半導
体１１としてＦｅＳｉ2 を、ｎ型半導体１２としてＣｏ
Ｓｉを用いる場合において示したものである。
【００１５】まず半導体１１，１２の成分のうち、電導
性の低い（電気抵抗の大きい）物質としてＦｅを、電導
性の高い（電気抵抗の小さい）物質としてＣｏを選択
し、図１に示したように、Ｆｅ粒子１３を核粒子１４と
し、Ｃｏ粒子１５を被覆粒子１６としたカプセル粒子１
７を製造する。この製造工程では、Ｆｅ粒子１３の径は
およそ40μｍとし、Ｃｏ粒子１５の径は約1 μｍとし
て、Ｆｅ粒子１３にＣｏ粒子１５を付着させる。この付
着する力は、公知のファンデルワールス力によるもので
ある。このようにＣｏ粒子１５で囲まれたＦｅ粒子１３
を、2,000 〜7,000rpmの回転翼を備えた容器（図示せ
ず）に入れ、1 〜5 分間遠心転動させて、気流による衝
撃力を与える。この衝撃作用により、付着したＣｏ粒子
１５は、Ｆｅ粒子１３の表面に強固に密着して、所望の
カプセル粒子１７が得られる。
性の低い（電気抵抗の大きい）物質としてＦｅを、電導
性の高い（電気抵抗の小さい）物質としてＣｏを選択
し、図１に示したように、Ｆｅ粒子１３を核粒子１４と
し、Ｃｏ粒子１５を被覆粒子１６としたカプセル粒子１
７を製造する。この製造工程では、Ｆｅ粒子１３の径は
およそ40μｍとし、Ｃｏ粒子１５の径は約1 μｍとし
て、Ｆｅ粒子１３にＣｏ粒子１５を付着させる。この付
着する力は、公知のファンデルワールス力によるもので
ある。このようにＣｏ粒子１５で囲まれたＦｅ粒子１３
を、2,000 〜7,000rpmの回転翼を備えた容器（図示せ
ず）に入れ、1 〜5 分間遠心転動させて、気流による衝
撃力を与える。この衝撃作用により、付着したＣｏ粒子
１５は、Ｆｅ粒子１３の表面に強固に密着して、所望の
カプセル粒子１７が得られる。
【００１６】次に熱電素子の本体部１８，１９を、それ
ぞれＦｅＳｉ2 及びＣｏＳｉの粉末で焼結する。そして
その焼結体の間に、カプセル粒子１７の粉末でｐ−ｎ接
合部２０の形状とした圧粉体を挿入し、プラズマ焼結法
を行う焼結装置（図示せず）にセットして、プラズマ焼
結する。この工程は、ＦｅＳｉ2 粉末、カプセル粉末、
ＣｏＳｉ粉末を順次所定の形枠に詰めて、同時に一体的
にプラズマ焼結してもよい。
ぞれＦｅＳｉ2 及びＣｏＳｉの粉末で焼結する。そして
その焼結体の間に、カプセル粒子１７の粉末でｐ−ｎ接
合部２０の形状とした圧粉体を挿入し、プラズマ焼結法
を行う焼結装置（図示せず）にセットして、プラズマ焼
結する。この工程は、ＦｅＳｉ2 粉末、カプセル粉末、
ＣｏＳｉ粉末を順次所定の形枠に詰めて、同時に一体的
にプラズマ焼結してもよい。
【００１７】これでｐ−ｎ接合部２０がカプセル粒子１
７で焼結成形された熱電素子が得られ、ｐ−ｎ接合部２
０の成分が本体部１８，１９に共通であるため、焼結反
応が促進されて界面強度が高められる。そしてＦｅ粒子
１３及びＣｏ粒子１５が均一に分散された状態でプラズ
マ焼結されるので、強固な焼結品とすることができる。
また導電性の高いＣｏ粒子１５を被覆粒子としたので、
電子が流れ易く、性能のよい熱電素子が得られる。
７で焼結成形された熱電素子が得られ、ｐ−ｎ接合部２
０の成分が本体部１８，１９に共通であるため、焼結反
応が促進されて界面強度が高められる。そしてＦｅ粒子
１３及びＣｏ粒子１５が均一に分散された状態でプラズ
マ焼結されるので、強固な焼結品とすることができる。
また導電性の高いＣｏ粒子１５を被覆粒子としたので、
電子が流れ易く、性能のよい熱電素子が得られる。
【００１８】なおこの実施例ではカプセル粒子１７をＦ
ｅ粒子１３とＣｏ粒子１５とで製造するものとしたが、
被覆粒子をＳｉ粒子としてもよい。このようにすれば、
ｐ−ｎ接合部の接合面はＳｉとなり、双方の本体部のＳ
ｉ成分に必ず接することとなって、さらに接合強度が向
上する。
ｅ粒子１３とＣｏ粒子１５とで製造するものとしたが、
被覆粒子をＳｉ粒子としてもよい。このようにすれば、
ｐ−ｎ接合部の接合面はＳｉとなり、双方の本体部のＳ
ｉ成分に必ず接することとなって、さらに接合強度が向
上する。
【００１９】また上記したＦｅ／Ｃｏ及びＦｅ／Ｓｉの
組み合わせのカプセル粒子を両方使用して、ｐ−ｎ接合
部２０を成形するようにしてもよい。
組み合わせのカプセル粒子を両方使用して、ｐ−ｎ接合
部２０を成形するようにしてもよい。
【００２０】次に図３によって本発明の第二の実施例を
説明する。この製造方法は、前記第一の実施例のカプセ
ル粒子１７で成るｐ−ｎ接合部２０に、高熱伝導高電気
伝導性セラミック粒子３１を、また本体部１８，１９の
下端部３２に低熱伝導高電気伝導性セラミック粒子３３
をそれぞれ混合添加して、焼結させるものである。
説明する。この製造方法は、前記第一の実施例のカプセ
ル粒子１７で成るｐ−ｎ接合部２０に、高熱伝導高電気
伝導性セラミック粒子３１を、また本体部１８，１９の
下端部３２に低熱伝導高電気伝導性セラミック粒子３３
をそれぞれ混合添加して、焼結させるものである。
【００２１】この第二の実施例の背景としては、次のよ
うな事情がある。熱電素子においては、高温側であるｐ
−ｎ接合部２０はできるだけ高温であること（高熱感応
性であること）、低温側の下端部３２はできるだけ低温
であること（低熱感応性であること）が必要である。す
なわち温度勾配が大きいものであることが望ましい。こ
の第二の実施例によれば、強固なｐ−ｎ接合部２０とし
た上で、大きい温度勾配が得られるものである。なおセ
ラミック粒子３１，３３の添加の際は、一定の濃度で添
加しても、適宜な濃度勾配を付けて混合させても構わな
い。また高熱伝導高電気伝導性セラミック粒子３１とし
てはＴｉＢ2 、ＺｒＢ2 などがあり、低熱伝導高電気伝
導性セラミック粒子３３としてはＺｎＣ、ＳｉＣ、Ｚｒ
Ｏ2 などがある。
うな事情がある。熱電素子においては、高温側であるｐ
−ｎ接合部２０はできるだけ高温であること（高熱感応
性であること）、低温側の下端部３２はできるだけ低温
であること（低熱感応性であること）が必要である。す
なわち温度勾配が大きいものであることが望ましい。こ
の第二の実施例によれば、強固なｐ−ｎ接合部２０とし
た上で、大きい温度勾配が得られるものである。なおセ
ラミック粒子３１，３３の添加の際は、一定の濃度で添
加しても、適宜な濃度勾配を付けて混合させても構わな
い。また高熱伝導高電気伝導性セラミック粒子３１とし
てはＴｉＢ2 、ＺｒＢ2 などがあり、低熱伝導高電気伝
導性セラミック粒子３３としてはＺｎＣ、ＳｉＣ、Ｚｒ
Ｏ2 などがある。
【００２２】次に図４によって本発明の第三の実施例を
説明する。この製造方法は、前記第一の実施例で示した
本体部にも、カプセル粒子を使用するものである。すな
わちｐ型半導体の本体部４１を形成するに際して、Ｆｅ
粒子を核粒子とし、それより小径のＳｉ粒子を被覆粒子
としたカプセル粒子を、前記第一の実施例と同様にして
製造し、この粉末を所定形状に成形してプラズマ焼結す
る。この際これらＦｅ粒子及びＳｉ粒子のモル比を1:2
としておく。この焼結に伴う化学反応で半導体化合物た
るＦｅＳｉ2 が生成される。またｎ型半導体の本体部４
２を、Ｃｏ粒子を核粒子とし、これと同モルのＳｉ粒子
を被覆粒子としたカプセル粒子で焼結成形し、ＣｏＳｉ
を得る。そしてこれら焼結体の間にｐ−ｎ接合部２０と
なるＦｅ／Ｃｏ或いはＦｅ／Ｓｉのカプセル粒子の圧粉
体を挿入してプラズマ焼結し、熱電素子を製造する。
説明する。この製造方法は、前記第一の実施例で示した
本体部にも、カプセル粒子を使用するものである。すな
わちｐ型半導体の本体部４１を形成するに際して、Ｆｅ
粒子を核粒子とし、それより小径のＳｉ粒子を被覆粒子
としたカプセル粒子を、前記第一の実施例と同様にして
製造し、この粉末を所定形状に成形してプラズマ焼結す
る。この際これらＦｅ粒子及びＳｉ粒子のモル比を1:2
としておく。この焼結に伴う化学反応で半導体化合物た
るＦｅＳｉ2 が生成される。またｎ型半導体の本体部４
２を、Ｃｏ粒子を核粒子とし、これと同モルのＳｉ粒子
を被覆粒子としたカプセル粒子で焼結成形し、ＣｏＳｉ
を得る。そしてこれら焼結体の間にｐ−ｎ接合部２０と
なるＦｅ／Ｃｏ或いはＦｅ／Ｓｉのカプセル粒子の圧粉
体を挿入してプラズマ焼結し、熱電素子を製造する。
【００２３】この第三の実施例によれば、本体部４１，
４２の成分粒子であるＦｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＣｏ粒子
が均一に分散していることにより、電子の易動性及び熱
の伝導特性が断面方向ならびに長手方向において安定す
る。また核粒子／被覆粒子の組み合わせにおいて、電気
抵抗の小さい物質或いは熱伝導度の低い物質を被覆粒子
とすることにより、電子の通り道を作る、もしくは格子
振動による電子の散乱を少なくすることができる。すな
わち、従来より電子が流れ易く、かつ温度勾配が大きい
熱電素子とすることができ、熱電特性を向上させること
ができる。
４２の成分粒子であるＦｅ粒子、Ｓｉ粒子及びＣｏ粒子
が均一に分散していることにより、電子の易動性及び熱
の伝導特性が断面方向ならびに長手方向において安定す
る。また核粒子／被覆粒子の組み合わせにおいて、電気
抵抗の小さい物質或いは熱伝導度の低い物質を被覆粒子
とすることにより、電子の通り道を作る、もしくは格子
振動による電子の散乱を少なくすることができる。すな
わち、従来より電子が流れ易く、かつ温度勾配が大きい
熱電素子とすることができ、熱電特性を向上させること
ができる。
【００２４】なお以上の実施例では、ｐ型半導体の材料
としてＦｅＳｉ2 を、ｎ型半導体としてＣｏＳｉを用い
た場合において示したが、本発明はこれに限るものでは
なく、表２に示すように他のあらゆる組み合わせにおい
て適用できる。そしてｐ−ｎ接合部のカプセル粒子の核
粒子及び被覆粒子の組み合わせは、同表に付記したよう
に選択することができる。
としてＦｅＳｉ2 を、ｎ型半導体としてＣｏＳｉを用い
た場合において示したが、本発明はこれに限るものでは
なく、表２に示すように他のあらゆる組み合わせにおい
て適用できる。そしてｐ−ｎ接合部のカプセル粒子の核
粒子及び被覆粒子の組み合わせは、同表に付記したよう
に選択することができる。
【００２５】
【表２】
【００２６】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００２７】ｐ型半導体及びｎ型半導体の成分のうち電
導性の低い物質を核粒子とし、電導性の高い物質を被覆
粒子としてカプセル粒子を形成し、その粉末をプラズマ
焼結してｐ−ｎ接合部を成形するようにしたので、焼結
反応が促進されると共に、成分粒子が均一に分散され
て、強固なｐ−ｎ接合部を有した熱電素子を得ることが
できる。
導性の低い物質を核粒子とし、電導性の高い物質を被覆
粒子としてカプセル粒子を形成し、その粉末をプラズマ
焼結してｐ−ｎ接合部を成形するようにしたので、焼結
反応が促進されると共に、成分粒子が均一に分散され
て、強固なｐ−ｎ接合部を有した熱電素子を得ることが
できる。
【図１】本発明に係わる熱電素子の製造方法の第一の実
施例を説明するためのカプセル粒子の断面図である。
施例を説明するためのカプセル粒子の断面図である。
【図２】図１のカプセル粒子により製造されたｐ−ｎ接
合部を含む熱電素子の側面図である。
合部を含む熱電素子の側面図である。
【図３】本発明の第二の実施例を説明するための熱電素
子の側面図である。
子の側面図である。
【図４】本発明の第三の実施例を説明するための熱電素
子の側面図である。
子の側面図である。
【図５】従来の熱電素子を示した側面図である。
１１ ｐ型半導体 １２ ｎ型半導体 １４ 核粒子 １６ 被覆粒子 １７ カプセル粒子 ２０ ｐ−ｎ接合部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−115077（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−27779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 35/32 G01K 7/02
Claims (1)
- 【請求項１】 ｐ型半導体とｎ型半導体とを適宜接合さ
せた熱電素子を製造するに際して、上記両半導体の成分
のうち電導性の低い物質を核粒子とし、電導性の高い物
質を被覆粒子としてカプセル粒子を形成した後、該カプ
セル粒子の粉末をプラズマ焼結してｐ−ｎ接合部を成形
することを特徴とする熱電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03171084A JP3136657B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 熱電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03171084A JP3136657B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 熱電素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521851A JPH0521851A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3136657B2 true JP3136657B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=15916710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03171084A Expired - Fee Related JP3136657B2 (ja) | 1991-07-11 | 1991-07-11 | 熱電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136657B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001135715A (ja) * | 1999-08-24 | 2001-05-18 | Ibiden Co Ltd | 測温素子および半導体製造装置用セラミック基材 |
-
1991
- 1991-07-11 JP JP03171084A patent/JP3136657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0521851A (ja) | 1993-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2377174B1 (en) | High temperature, high efficiency thermoelectric module | |
| EP3352233B1 (en) | Thermoelectric conversion module and thermoelectric conversion device | |
| US8569740B2 (en) | High efficiency thermoelectric materials and devices | |
| CN102449790A (zh) | 涂覆有保护层的热电材料 | |
| CN107251246A (zh) | 热电模块及其制造方法 | |
| US20100024437A1 (en) | High temperature compact thermoelectric module with gapless eggcrate | |
| CN107240440A (zh) | 金属粒子、糊剂、成型体和层叠体 | |
| EP0969526A1 (en) | Thermoelectric element | |
| EP3432371A1 (en) | Magnesium-based thermoelectric conversion material, magnesium-based thermoelectric conversion element, thermoelectric conversion device, and method for manufacturing magnesium-based thermoelectric conversion material | |
| JP3136657B2 (ja) | 熱電素子の製造方法 | |
| US20140360549A1 (en) | Thermoelectric Module and Method of Making Same | |
| JPH02106079A (ja) | 電熱変換素子 | |
| JP2006228804A (ja) | 半導体モジュール用セラミックス回路基板及びその製造方法 | |
| JPS5831755B2 (ja) | 電気絶縁用基体 | |
| US20120024335A1 (en) | Multi-layered thermoelectric device and method of manufacturing the same | |
| JPH11298052A (ja) | 熱電素子、熱電材料及び熱電材料の製造方法 | |
| JP6708339B2 (ja) | 熱電変換素子、熱電変換モジュール | |
| JP7506894B2 (ja) | 熱電変換素子とその製造方法、および熱電変換デバイス | |
| JP3185429B2 (ja) | 熱発電素子の製造方法 | |
| JP3476343B2 (ja) | 熱電変換材料 | |
| JP2005191431A (ja) | 熱電変換器 | |
| JP2023148351A (ja) | 熱電変換素子およびその製造方法 | |
| JP2510158B2 (ja) | 熱電素子およびその製造方法 | |
| JPH1022530A (ja) | 熱電変換素子 | |
| JP3056047B2 (ja) | 熱電変換素子用熱応力緩和パッド及び熱電変換素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |