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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022148045
(43)【公開日】2022-10-06
(54)【発明の名称】熱電変換素子
(51)【国際特許分類】
H01L 35/30 20060101AFI20220929BHJP
H01L 35/32 20060101ALI20220929BHJP
H01L 35/14 20060101ALI20220929BHJP
H01L 35/34 20060101ALI20220929BHJP
H02N 11/00 20060101ALI20220929BHJP
【ＦＩ】
H01L35/30
H01L35/32 A
H01L35/14
H01L35/34
H02N11/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021049568
(22)【出願日】2021-03-24
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002310
【氏名又は名称】特許業務法人あい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】蒲生 寛武
(57)【要約】
【課題】素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができる熱電変換素子を提供する。
【解決手段】熱電変換素子１は、第１主面２ａおよびその反対側の第２主面２ｂを有し、キャビティ２ｃを含む基板２と、基板２の第１主面２ａ上に形成され、平面視において一端部がキャビティ２ｃの外側に位置し、他端部がキャビティ２ｃ内に位置する熱電変換部材３とを含む。
【選択図】図２
【解決手段】熱電変換素子１は、第１主面２ａおよびその反対側の第２主面２ｂを有し、キャビティ２ｃを含む基板２と、基板２の第１主面２ａ上に形成され、平面視において一端部がキャビティ２ｃの外側に位置し、他端部がキャビティ２ｃ内に位置する熱電変換部材３とを含む。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１主面およびその反対側の第２主面を有し、キャビティを含む基板と、
前記基板の第１主面上に形成され、平面視において一端部が前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記キャビティ内に位置する熱電変換部材とを含む、熱電変換素子。
前記基板の第１主面上に形成され、平面視において一端部が前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記キャビティ内に位置する熱電変換部材とを含む、熱電変換素子。
【請求項2】
前記基板の第１主面上に配置され、前記熱電変換部材の前記一端部に電気的に接続された第１電極と、
前記基板の第１主面上に配置され、前記熱電変換部材の前記他端部に電気的に接続された第２電極とを含む、請求項１に記載の熱電変換素子。
前記基板の第１主面上に配置され、前記熱電変換部材の前記他端部に電気的に接続された第２電極とを含む、請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項3】
前記熱電変換部材に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、
前記金属膜が、前記熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項１または２に記載の熱電変換素子。
前記金属膜が、前記熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項１または２に記載の熱電変換素子。
【請求項4】
前記熱電変換部材が複数の熱電変換部材を含み、
前記複数の熱電変換部材を電気的に直列に接続する配線と、
前記複数の熱電変換部材の直列回路の一端が電気的に接続される第１電極と、
前記直列回路の他端が電気的に接続される第２電極とをさらに含む、請求項１に記載の熱電変換素子。
前記複数の熱電変換部材を電気的に直列に接続する配線と、
前記複数の熱電変換部材の直列回路の一端が電気的に接続される第１電極と、
前記直列回路の他端が電気的に接続される第２電極とをさらに含む、請求項１に記載の熱電変換素子。
【請求項5】
前記複数の熱電変換部材および前記配線に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、
前記金属膜が、前記各熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項４に記載の熱電変換素子。
前記金属膜が、前記各熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項４に記載の熱電変換素子。
【請求項6】
前記キャビティが、平面視において、所定方向に間隔をおいて配置された第１辺および第２辺を備えた四角形状を有しており、
前記複数の熱電変換部材が、平面視において、前記第１辺と対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第１辺に対して前記キャビティの内側に位置する複数の第１熱電変換部材と、一端部が前記第２辺に対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第２辺に対して前記キャビティ内に位置する複数の第２熱電変換部材を含む、請求項４に記載の熱電変換素子。
前記複数の熱電変換部材が、平面視において、前記第１辺と対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第１辺に対して前記キャビティの内側に位置する複数の第１熱電変換部材と、一端部が前記第２辺に対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第２辺に対して前記キャビティ内に位置する複数の第２熱電変換部材を含む、請求項４に記載の熱電変換素子。
【請求項7】
前記複数の第１熱電変換部材、前記複数の第２熱電変換部材および前記配線に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、
前記金属膜が、前記各第１熱電変換部材の前記他端部および前記各第２熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項６に記載の熱電変換素子。
前記金属膜が、前記各第１熱電変換部材の前記他端部および前記各第２熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている、請求項６に記載の熱電変換素子。
【請求項8】
前記キャビティが前記基板の前記第２主面に形成された凹部または前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔である、請求項１～７のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項9】
前記基板がＳｉ基板を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項10】
前記基板がＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ基板とを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項11】
前記熱電変換部材が、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との積層膜、ＭｇＺｎＯ層とＺｎＯ層との積層膜、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との積層膜、およびＬａＡｌＯ３層とＳｒＴｉＯ３層との積層膜のうちから任意に選択された１つの積層膜からなる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項12】
前記絶縁層がＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、前記絶縁体がポリイミドまたはエポキシ樹脂からなる、請求項１～１１のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【請求項13】
前記金属膜が、ＡｕまたはＣｕからなる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の熱電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、熱電変換素子に関する。
【背景技術】
【0002】
熱電変換素子は、素子に与えられた温度差を起電力に変換することが可能な素子であり、環境への排熱から起電力を得ることができるため、環境負荷が小さい発電手法として注目を集めている。特に近年、ＡＩ技術やブロックチェーン技術の発展が著しく、それに伴うコンピュータの消費電力も増大傾向にある。このようなコンピュータからの排熱を電力に変換するために、小型で高性能な熱電変換素子の需要が高まっている。
【0003】
熱電変換素子には、素子面直方向（素子の厚さ方向）の温度差を与えることによって起電力を生じるΠ型熱電変換素子（特許文献２参照）と、素子面内方向（素子の厚さ方向と垂直な方向）の温度差を与えることによって起電力を生じる面内型熱電変換素子（特許文献１参照）とがある。
面内型熱電変換素子は、熱電変換部材を高密度で配置可能であり、Π型熱電変換素子に比べて、高いスケーラビリティを有する。このような特徴を活かした小型で高性能な面内型熱電変換素子は、様々な分野での利用が期待される素子である。
面内型熱電変換素子は、熱電変換部材を高密度で配置可能であり、Π型熱電変換素子に比べて、高いスケーラビリティを有する。このような特徴を活かした小型で高性能な面内型熱電変換素子は、様々な分野での利用が期待される素子である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－８８４４６号公報
【特許文献2】特開２０１９－１７５９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、実際に熱電変換素子を使用する状況（例えば時計等）を考えると、素子面直方向に温度差がある場合が多く、従来の面内型熱電変換素子の構造では、素子面内方向の温度差を与えることは困難であった。
本開示の目的は、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができる熱電変換素子を提供することである。
本開示の目的は、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができる熱電変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一実施形態は、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、キャビティを含む基板と、前記基板の第１主面上に形成され、平面視において一端部が前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記キャビティ内に位置する熱電変換部材とを含む、熱電変換素子を提供する。
この構成では、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができるようになる。
この構成では、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
［本開示の実施形態の説明］
本開示の一実施形態は、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、キャビティを含む基板と、前記基板の第１主面上に形成され、平面視において一端部が前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記キャビティ内に位置する熱電変換部材とを含む、熱電変換素子を提供する。
本開示の一実施形態は、第１主面およびその反対側の第２主面を有し、キャビティを含む基板と、前記基板の第１主面上に形成され、平面視において一端部が前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記キャビティ内に位置する熱電変換部材とを含む、熱電変換素子を提供する。
【0009】
本開示の一実施形態では、前記基板の第１主面上に配置され、前記熱電変換部材の前記一端部に電気的に接続された第１電極と、前記基板の第１主面上に配置され、前記熱電変換部材の前記他端部に電気的に接続された第２電極とを含む。
本開示の一実施形態では、前記熱電変換部材に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、前記金属膜が、前記熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている。
本開示の一実施形態では、前記熱電変換部材に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、前記金属膜が、前記熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている。
【0010】
本開示の一実施形態では、前記熱電変換部材が複数の熱電変換部材を含み、前記複数の熱電変換部材を電気的に直列に接続する配線と、前記複数の熱電変換部材の直列回路の一端が電気的に接続される第１電極と、前記直列回路の他端が電気的に接続される第２電極とをさらに含む。
本開示の一実施形態では、前記複数の熱電変換部材および前記配線に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、前記金属膜が、前記各熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている。
本開示の一実施形態では、前記複数の熱電変換部材および前記配線に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、前記金属膜が、前記各熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている。
【0011】
本開示の一実施形態では、前記キャビティが、平面視において、所定方向に間隔をおいて配置された第１辺および第２辺を備えた四角形状を有しており、前記複数の熱電変換部材が、平面視において、前記第１辺と対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第１辺に対して前記キャビティの内側に位置する複数の第１熱電変換部材と、一端部が前記第２辺に対して前記キャビティの外側に位置し、他端部が前記第２辺に対して前記キャビティ内に位置する複数の第２熱電変換部材を含む。
【0012】
本開示の一実施形態では、前記複数の第１熱電変換部材、前記複数の第２熱電変換部材および前記配線に対して前記基板とは反対側に、絶縁層を介して配置された金属膜をさらに含み、前記金属膜が、前記各第１熱電変換部材の前記他端部および前記各第２熱電変換部材の前記他端部に、前記絶縁層よりも熱伝導率の高い絶縁体を介して熱的に接続されている。
【0013】
本開示の一実施形態では、前記キャビティが前記基板の前記第２主面に形成された凹部または前記基板を厚さ方向に貫通する貫通孔である。
本開示の一実施形態では、前記基板がＳｉ基板を含む。
本開示の一実施形態では、前記基板がＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ基板とを含む。
本開示の一実施形態では、前記基板がＳｉ基板を含む。
本開示の一実施形態では、前記基板がＳｉ基板と、前記Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＮ基板とを含む。
【0014】
本開示の一実施形態では、前記熱電変換部材が、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との積層膜、ＭｇＺｎＯ層とＺｎＯ層との積層膜、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との積層膜、およびＬａＡｌＯ３層とＳｒＴｉＯ３層との積層膜のうちから任意に選択された１つの積層膜からなる。
本開示の一実施形態では、前記絶縁層がＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、前記絶縁体がポリイミドまたはエポキシ樹脂からなる。
本開示の一実施形態では、前記絶縁層がＳｉＯ２またはＳｉＮからなり、前記絶縁体がポリイミドまたはエポキシ樹脂からなる。
【0015】
本開示の一実施形態では、前記金属膜が、ＡｕまたはＣｕからなる。
［本開示の実施形態の詳細な説明］
以下では、本開示の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る熱電変換素子の図解的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う図解的な断面図である。図３は、電極、配線および熱電変換部材を示す図解的な平面図である。図４は、図２のIV－IV線に沿う図解的な平面図である。
［本開示の実施形態の詳細な説明］
以下では、本開示の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る熱電変換素子の図解的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う図解的な断面図である。図３は、電極、配線および熱電変換部材を示す図解的な平面図である。図４は、図２のIV－IV線に沿う図解的な平面図である。
【0016】
説明の便宜上、以下において、図１に示した＋Ｘ方向、－Ｘ方向、＋Ｙ方向および－Ｙ方向を用いることがある。＋Ｘ方向は、平面視において、熱電変換素子１の表面に沿う所定の方向であり、＋Ｙ方向は、平面視において、熱電変換素子１の表面に沿う方向あって、＋Ｘ方向に直交する方向である。－Ｘ方向は、＋Ｘ方向と反対の方向であり、－Ｙ方向は、＋Ｙ方向と反対の方向である。＋Ｘ方向および－Ｘ方向を総称するときには単に「Ｘ方向」という。＋Ｙ方向および－Ｙ方向を総称するときには単に「Ｙ方向」という。
【0017】
熱電変換素子１は、第１主面２ａと第１主面２ａとは反対側の第２主面２ｂとキャビティ２ｃとを有する基板２と、第１主面２ａ上に形成された複数の熱電変換部材３と、第１主面２ａ上に複数の熱電変換部材３を覆うように形成された第１絶縁膜４とを含む。
また、熱電変換素子１は、第１絶縁膜４上に形成された第１および第２電極５，６と、第１絶縁膜４上に形成され、複数の熱電変換部材３を直列に接続し、それらの直列回路の一端を第１電極５に、他端を第２電極６に接続する配線７とを含む。
また、熱電変換素子１は、第１絶縁膜４上に形成された第１および第２電極５，６と、第１絶縁膜４上に形成され、複数の熱電変換部材３を直列に接続し、それらの直列回路の一端を第１電極５に、他端を第２電極６に接続する配線７とを含む。
【0018】
さらに、熱電変換素子１は、第２絶縁膜８と、第３絶縁膜９と、金属膜１０とを含む。
基板２は、平面視がＹ方向に長い長方形状の直方体形状を有している。基板２のＸ方向の長さは、例えば１０００μｍ程度であり、Ｙ方向の長さは、例えば２０００μｍ程度であり、厚さは、１１０μｍ程度である。
キャビティ２ｃは、この実施形態では、基板２の第２主面２ｂに形成された凹部２ｃからなる。この実施形態では、凹部２ｃは、基板２の第２主面２ｂの中央部に形成されている。凹部２ｃは、平面視において基板２の４辺と平行な４辺を有する四角形状である。この実施形態では、凹部２ｃのＸ方向の長さは７００μｍ程度であり、Ｙ方向の長さは１０００μｍ程度である。
基板２は、平面視がＹ方向に長い長方形状の直方体形状を有している。基板２のＸ方向の長さは、例えば１０００μｍ程度であり、Ｙ方向の長さは、例えば２０００μｍ程度であり、厚さは、１１０μｍ程度である。
キャビティ２ｃは、この実施形態では、基板２の第２主面２ｂに形成された凹部２ｃからなる。この実施形態では、凹部２ｃは、基板２の第２主面２ｂの中央部に形成されている。凹部２ｃは、平面視において基板２の４辺と平行な４辺を有する四角形状である。この実施形態では、凹部２ｃのＸ方向の長さは７００μｍ程度であり、Ｙ方向の長さは１０００μｍ程度である。
【0019】
キャビティ２ｃは、基板２を厚さ方向に貫通する貫通孔であってもよい。キャビティ２ｃ内の空気は、基板２に比べて熱伝導率が低い断熱材として機能する。言い換えれば、基板２は、キャビティ２ｃの内部空間領域に相当する断熱領域を有している。
基板２は、第１基板２１と、第１基板２１上に形成された第２基板２２とからなる。第１基板２１における第２基板２２とは反対側の表面（第１基板２１の下面）が基板２の第２主面２ｂであり、第２基板２２における第１基板２１とは反対側の表面（第２基板２２の上面）が基板２の第１主面２ａである。この実施形態では、凹部２ｃは、第１基板２１の下面から、第２基板２２の下面まで掘り下げられた凹部である。つまり、この実施形態では、凹部２ｃは、第１基板２１を厚さ方向に貫通している。凹部２ｃは、第１基板２１の下面から、第１基板２１の厚さ途中まで掘り下げられた凹部であってもよい。
基板２は、第１基板２１と、第１基板２１上に形成された第２基板２２とからなる。第１基板２１における第２基板２２とは反対側の表面（第１基板２１の下面）が基板２の第２主面２ｂであり、第２基板２２における第１基板２１とは反対側の表面（第２基板２２の上面）が基板２の第１主面２ａである。この実施形態では、凹部２ｃは、第１基板２１の下面から、第２基板２２の下面まで掘り下げられた凹部である。つまり、この実施形態では、凹部２ｃは、第１基板２１を厚さ方向に貫通している。凹部２ｃは、第１基板２１の下面から、第１基板２１の厚さ途中まで掘り下げられた凹部であってもよい。
【0020】
第１基板２１は、例えば、Ｓｉ基板からなる。第１基板２１の厚さは、例えば、５０μｍ～１０００μｍ程度であってもよい。第２基板２２は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板からなる。第２基板２２の厚さは、例えば、０．０５μｍ～１０μｍ程度であってもよい。この実施形態では、第１基板２１の厚さは、１００μｍ程度であり、第２基板２２の厚さは１０μｍ程度である。第２基板２２は、エッチングによって凹部２ｃを第１基板２１に形成する際に、エッチングストッパとして機能する。
【0021】
複数の熱電変換部材３は、平面視で第１主面２ａのＸ方向中央に対して－Ｘ方向側に配置された複数の第１熱電変換部材３Ａと、平面視で第１主面２ａのＸ方向中央に対して＋Ｘ方向側に配置された複数の第２熱電変換部材３Ｂとを含んでいる。各第１熱電変換部材３Ａおよび各第２熱電変換部材３Ｂは、平面視でＸ方向に長い帯状（短冊状）である。この実施形態では、第１熱電変換部材３Ａおよび第２熱電変換部材３Ｂの幅は５μｍ程度であり、長さは３５０μｍ程度である。
【0022】
複数の第１熱電変換部材３Ａは、平面視において、第１主面２ａのＹ方向位置に関し、凹部２ｃの－Ｙ方向端と凹部２ｃの＋Ｙ方向端との間の領域において、Ｙ方向に間隔を空けてストライプ状に配置されている。各第１熱電変換部材３Ａは、平面視において、一端部が凹部２ｃの外側に位置し、他端部が凹部２ｃの内側に位置している。
各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端は、平面視において、第１主面２ａの－Ｘ方向側の辺と、凹部２ｃの－Ｘ方向側の辺との間に位置している。各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端と、凹部２ｃの－Ｘ方向側の辺との間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい。
各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端は、平面視において、第１主面２ａの－Ｘ方向側の辺と、凹部２ｃの－Ｘ方向側の辺との間に位置している。各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端と、凹部２ｃの－Ｘ方向側の辺との間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい。
【0023】
各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端は、平面視において、凹部２ｃの－Ｘ方向側の辺と凹部２ｃのＸ方向中央との間に位置している。平面視において、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端と凹部２ｃのＸ方向中央との距離は、１μｍ～１００μｍ程度であることが好ましい。
複数の第２熱電変換部材３Ｂは、平面視において、第１主面２ａのＹ方向位置に関し、凹部２ｃの－Ｙ方向端と凹部２ｃの＋Ｙ方向端との間の領域において、Ｙ方向に間隔を空けてストライプ状に配置されている。各第２熱電変換部材３Ｂは、平面視において、一端部が凹部２ｃの外側に位置し、他端部が凹部２ｃの内側に位置している。
複数の第２熱電変換部材３Ｂは、平面視において、第１主面２ａのＹ方向位置に関し、凹部２ｃの－Ｙ方向端と凹部２ｃの＋Ｙ方向端との間の領域において、Ｙ方向に間隔を空けてストライプ状に配置されている。各第２熱電変換部材３Ｂは、平面視において、一端部が凹部２ｃの外側に位置し、他端部が凹部２ｃの内側に位置している。
【0024】
各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端は、平面視において、凹部２ｃのＸ方向中央と凹部２ｃの＋Ｘ方向側の辺との間に位置している。平面視において、凹部２ｃのＸ方向中央と第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端との距離は、１μｍ～１００μｍ程度であることが好ましい。
各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端は、平面視において、凹部２ｃの＋Ｘ方向側の辺と第１主面２ａの＋Ｘ方向側の辺との間に位置している。各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端と、凹部２ｃの＋Ｘ方向側の辺との間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい。
各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端は、平面視において、凹部２ｃの＋Ｘ方向側の辺と第１主面２ａの＋Ｘ方向側の辺との間に位置している。各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端と、凹部２ｃの＋Ｘ方向側の辺との間隔は、１０μｍ以上であることが好ましい。
【0025】
熱電変換部材３は、例えば、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層とが、基板２上にその順番に積層されたＧａＮ／ＡｌＧａＮ層からなる。熱電変換部材３は、ＭｇＺｎＯ層とＺｎＯ層との積層膜、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との積層膜、ＬａＡｌＯ３層とＳｒＴｉＯ３層との積層膜等から構成されてもよい。また、熱電変換部材３は、ＢｉＴｅ層から構成されてもよい。熱電変換部材３の厚さは、例えば、０．１μｍ～１００μｍ程度であってもよい。
【0026】
各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部は、後述するように熱電変換素子１を発電装置として使用する場合に例えば高温にされるので、以下において高温側端部という場合がある。また、各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部は、熱電変換素子１を発電装置として使用する場合に例えば低温にされるので、以下において低温側端部という場合がある。
【0027】
熱電変換部材３を覆う第１絶縁膜４は、基板２の第１主面２ａのほぼ全域に形成されている。第１絶縁膜４には、平面視において、凹部２ｃのＸ方向中央部に対応する領域に、Ｙ方向に延びた開口部４ａが形成されている。Ｙ方向視において、開口部４ａの－Ｘ方向側の側面は、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端面と整合しており、開口部４ａの＋方向側の側面は、第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端面と整合している。したがって、各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端面は、開口部４ａの－Ｘ方向側の側面に露出しており、各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端面は、開口部４ａの＋Ｘ方向側の側面に露出している。
【0028】
第１絶縁膜４には、各第１熱電変換部材３Ａの両端部の上面の一部をそれぞれ露出させる一対の第１コンタクト孔４ｂが形成されている。同様に、第１絶縁膜４には、各第２熱電変換部材３Ｂの両端部の上面の一部をそれぞれ露出させる一対の第２コンタクト孔４ｃが形成されている。
第１絶縁膜４は、例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜等からなる。第１絶縁膜４の厚さは、例えば、０．０５μｍ～５μｍ程度であってもよい。
第１絶縁膜４は、例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜等からなる。第１絶縁膜４の厚さは、例えば、０．０５μｍ～５μｍ程度であってもよい。
【0029】
第１電極５は、平面視正方形状であり、第１絶縁膜４の表面における＋Ｙ方向端部の－Ｘ方向端寄りの位置に形成されている。第２電極６は、平面視正方形状であり、第１絶縁膜４の表面における＋Ｙ方向端部の＋Ｘ方向端寄りの位置に形成されている。第１電極５および第２電極６は、平面視において、凹部３ｃよりも＋Ｙ方向側に配置されている。
配線７は、第１配線部材７Ａ、複数の第２配線部材７Ｂ、第３配線部材７Ｃ、複数の第４配線部材７Ｄおよび第５配線部材７Ｅを含む。
配線７は、第１配線部材７Ａ、複数の第２配線部材７Ｂ、第３配線部材７Ｃ、複数の第４配線部材７Ｄおよび第５配線部材７Ｅを含む。
【0030】
第１配線部材７Ａは、第１電極５を、最も＋Ｙ方向側にある第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部に接続する。具体的には、第１配線部材７Ａは、第１電極５の－Ｙ方向端の－Ｘ方向端よりの位置から－Ｙ方向に延びた帯状である。この実施形態では、第１配線部材７Ａは、第１電極５と一体的に形成されている。第１配線部材７Ａの－Ｙ方向端部の一部は、最も＋Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部上にある第１コンタクト孔４ｂ内に入り込み、当該第１コンタクト孔４ｂ内で当該第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部に接続されている。
【0031】
複数の第２配線部材７Ｂは、複数の第１熱電変換部材３Ａを直列に接続する。具体的には、複数の第２配線部材７Ｂは、隣り合う２つの第１熱電変換部材３Ａのうちの＋Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部と、－Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部とを接続する。各第２配線部材７Ｂは、平面視において、＋Ｘ方向に向かって斜め＋Ｙ方向に延びた帯状である。
【0032】
隣り合う２つの第１熱電変換部材３Ａを接続する第２配線部材７Ｂの＋Ｘ方向端部の一部は、＋Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部上にある第１コンタクト孔４ｂ内に入り込み、当該第１コンタクト孔４ｂ内で当該第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部に接続されている。隣り合う２つの第１熱電変換部材３Ａを接続する第２配線部材７Ｂの－Ｘ方向端部の一部は、－Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部上にある第１コンタクト孔４ｂ内に入り込み、当該第１コンタクト孔４ｂ内で当該第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部に接続されている。
【0033】
第３配線部材７Ｃは、最も－Ｙ方向側にある第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部（以下、「第１接続端部」という場合がある。）を、最も－Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部（以下、「第２接続端部」という場合がある。）に接続する。第３配線部材７Ｃは、第１～第４直線部７Ｃ１～７Ｃ４からなる。
第１直線部７Ｃ１は、平面視帯状であり、第１接続端部から－Ｘ方向に向かって斜め－Ｙ方向に延びている。第２直線部７Ｃ２は、平面視帯状であり、第１直線部７Ｃ１のーＸ方向端から－Ｙ方向に延びている。第３直線部７Ｃ３は、平面視帯状であり、第２直線部７Ｃ２１の－Ｙ方向側端から＋Ｘ方向に延びている。第４直線部７Ｃ４は、平面視帯状であり、第３直線部７Ｃ３の＋Ｘ方向側端から第２接続端部まで＋Ｙ方向に延びている。
第１直線部７Ｃ１は、平面視帯状であり、第１接続端部から－Ｘ方向に向かって斜め－Ｙ方向に延びている。第２直線部７Ｃ２は、平面視帯状であり、第１直線部７Ｃ１のーＸ方向端から－Ｙ方向に延びている。第３直線部７Ｃ３は、平面視帯状であり、第２直線部７Ｃ２１の－Ｙ方向側端から＋Ｘ方向に延びている。第４直線部７Ｃ４は、平面視帯状であり、第３直線部７Ｃ３の＋Ｘ方向側端から第２接続端部まで＋Ｙ方向に延びている。
【0034】
第１直線部７Ｃ１の＋Ｘ方向端部の一部は、最も－Ｙ方向側の第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部(第１接続端部)上にある第１コンタクト孔４ｂ内に入り込み、当該第１コンタクト孔４ｂ内で当該第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部に接続されている。第４直線部７Ｃ４の＋Ｙ方向端部の一部は、最も－Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部(第２接続端部)上にある第２コンタクト孔４ｃ内に入り込み、当該第２コンタクト孔４ｃ内で当該第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部に接続されている。
【0035】
複数の第４配線部材７Ｄは、複数の第２熱電変換部材３Ｂを直列に接続する。具体的には、複数の第４配線部材７Ｄは、隣り合う２つの第２熱電変換部材３Ｂのうちの－Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部と、＋Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部とを接続する。各第４配線部材７Ｄは、平面視において、＋Ｘ方向に向かって斜め＋Ｙ方向に延びた帯状である。
【0036】
隣り合う２つの第２熱電変換部材３Ｂを接続する第４配線部材７Ｄの－Ｘ方向端部の一部は、－Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部上にある第２コンタクト孔４ｃ内に入り込み、当該第２コンタクト孔４ｃ内で当該第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部に接続されている。隣り合う２つの第２熱電変換部材３Ｂを接続する第４配線部材７Ｄの＋Ｘ方向端部の一部は、＋Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部上にある第２コンタクト孔４ｃ内に入り込み、当該第２コンタクト孔４ｃ内で当該第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部に接続されている。
【0037】
第５配線部材７Ｅは、最も＋Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部を、第２電極６に接続する。具体的には、第２配線部材７Ｅは、平面視において、最も＋Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部上から＋Ｘ方向に向かって斜め＋Ｙ方向に延びた帯状の第１直線部７Ｅ１と、第１直線部７Ｅ１の＋Ｘ方向端から＋Ｙ方向に延びた帯状の第２直線部７Ｅ２とを含む。
【0038】
この実施形態では、第５配線部材７Ｅは第２電極６と一体的に形成されており、第５配線部材７Ｅ（第２直線部７Ｅ２）の＋Ｙ方向側端は第２電極６に繋がっている。第１直線部７Ｅ１の－Ｙ方向側端部の一部は、最も＋Ｙ方向側の第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部上にある第２コンタクト孔４ｃ内に入り込み、当該第２コンタクト孔４ｃ内で当該第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部に接続されている。
【0039】
第１電極５、第２電極６および配線７は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ等からなる。第１電極５、第２電極６および配線７の厚さは、０．０５μｍ～５μｍ程度であってもよい。
第２絶縁膜８は、平面視において、第１絶縁膜４の開口部４ａが存在する領域およびその周辺部を含むＹ方向に長い矩形領域において、基板２、熱電変換部材３、第１絶縁膜４および配線７の露出面を覆うように形成されている。
第２絶縁膜８は、平面視において、第１絶縁膜４の開口部４ａが存在する領域およびその周辺部を含むＹ方向に長い矩形領域において、基板２、熱電変換部材３、第１絶縁膜４および配線７の露出面を覆うように形成されている。
【0040】
具体的には、第２絶縁膜８は、第１絶縁膜４の開口部４ａの側面および底面（基板２の第１主面２ａ）と、第１絶縁膜４上面における開口部４ａの周縁部と、開口部４ａの側面に露出している各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向側端面および各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端面を覆っている。さらに、第２絶縁膜８は、各第２配線部材７Ｂの＋Ｘ方向側端部の端面、側面および上面と、第３配線部材７Ｃの第１直線部７Ｃ１の＋Ｘ方向側端部の端面、側面および上面と、第４配線部材７Ｄの－Ｘ方向側端部の端面、側面および上面と、第５配線部材７Ｅの第１直線部７Ｅ１の－Ｘ方向側端部の端面、側面および上面とを覆っている。
【0041】
第２絶縁膜８は、基板２、熱電変換部材３および配線７と金属膜１０とを電気的に絶縁しつつ、金属膜１０と第１および第２熱電変換部材３Ａ，３Ｂの低温側端部とを熱的に接続するために設けられている。そこで、第２絶縁膜８は、以下のような特徴を有することが好ましい。
第２絶縁膜８は、平面視において、Ｙ方向に長い矩形状である。平面視において、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端から第２絶縁膜８の－Ｘ方向側縁までの距離ｄ１は、１μｍ以上であることが好ましい。同様に、第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端から第２絶縁膜８の＋Ｘ方向側縁までの距離ｄ２は、１μｍ以上であることが好ましい。
第２絶縁膜８は、平面視において、Ｙ方向に長い矩形状である。平面視において、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端から第２絶縁膜８の－Ｘ方向側縁までの距離ｄ１は、１μｍ以上であることが好ましい。同様に、第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端から第２絶縁膜８の＋Ｘ方向側縁までの距離ｄ２は、１μｍ以上であることが好ましい。
【0042】
第２絶縁膜８の＋Ｙ方向側縁は、平面視において、最も＋Ｙ方向側にある熱電変換部材３（この実施形態では最も＋Ｙ方向側にある第１熱電変換部材３Ａ）の＋Ｙ方向側縁のＹ方向位置と、電極５，６の－Ｙ方向側縁のＹ方向位置との間に位置することが好ましい。第２絶縁膜８の＋Ｙ方向側縁は、平面視において、最も＋Ｙ方向側にある熱電変換部材３の＋Ｙ方向側縁のＹ方向位置と、凹部２ｃの＋Ｙ方向側の辺との間に位置することがより好ましい。基板２における凹部２ｃの周壁は、後述するように発電装置としての使用時に高温となるので、基板２における凹部２ｃの周壁上に第２絶縁膜８が形成されない方が好ましいからである。
【0043】
同様な理由により、第２絶縁膜８の－Ｙ方向側縁は、平面視において、最も－Ｙ方向側にある熱電変換部材３（この実施形態では最も－Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂ）の－Ｙ方向側縁のＹ方向位置と、凹部２ｃの－Ｙ方向側の辺との間に位置することがより好ましい。
第２絶縁膜８は、第１絶縁膜４および第３絶縁膜９よりも熱伝導率が高い絶縁材料からなることが好ましい。この実施形態では、第２絶縁膜８は、第１絶縁膜４および第２絶縁膜８よりも熱伝導率が高い絶縁材料からなる。第２絶縁膜８は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン等からなる。第２絶縁膜の厚さは、０．０１μｍ～１μｍ程度であってもよい。第２絶縁膜８は、本開示における「絶縁体」の一例である。
第２絶縁膜８は、第１絶縁膜４および第３絶縁膜９よりも熱伝導率が高い絶縁材料からなることが好ましい。この実施形態では、第２絶縁膜８は、第１絶縁膜４および第２絶縁膜８よりも熱伝導率が高い絶縁材料からなる。第２絶縁膜８は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化シリコン等からなる。第２絶縁膜の厚さは、０．０１μｍ～１μｍ程度であってもよい。第２絶縁膜８は、本開示における「絶縁体」の一例である。
【0044】
第３絶縁膜９は、第１絶縁膜４上に、配線７の大部分を覆うように形成されている。具体的には、第３絶縁膜９は、平面視において、第１絶縁膜４の表面における電極５、６が形成されている＋Ｙ方向側寄りの領域と、第２絶縁膜８が形成されている領域とを除く領域に形成されている。第３絶縁膜９は、平面視において、四角形状であり、Ｘ方向中央部に、第２絶縁膜８を露出させる開口部９ａが形成されている。第３絶縁膜９の＋Ｙ方向端は、平面視において、電極５，６の－Ｙ方向端のＹ方向位置と、凹部３ｃの＋Ｙ方向端のＹ方向位置との間に位置している。
【0045】
第３絶縁膜９は、素子面直方向の熱流を抑制するために設けられている。そこで、第３絶縁膜９は、次のような特徴を有していることが好ましい。
第３絶縁膜９は、第１熱電変換部材３Ａおよび第２熱電変換部材３Ｂの少なくとも高温側端部を覆っていることが好ましい。この実施形態では、第１熱電変換部材３Ａおよび第２熱電変換部材３Ｂのうち、低温側端部以下の部分は、第３絶縁膜９によって覆われている。
第３絶縁膜９は、第１熱電変換部材３Ａおよび第２熱電変換部材３Ｂの少なくとも高温側端部を覆っていることが好ましい。この実施形態では、第１熱電変換部材３Ａおよび第２熱電変換部材３Ｂのうち、低温側端部以下の部分は、第３絶縁膜９によって覆われている。
【0046】
第３絶縁膜９の－Ｙ方向側縁は、平面視において、最も－Ｙ方向側にある熱電変換部材３（この実施形態では最も－Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂ）の－Ｙ方向端よりも－Ｙ方向側にあることが好ましい。
第３絶縁膜９は、第２絶縁膜８よりも熱伝導率が低い絶縁材料からなることが好ましい。第３絶縁膜９は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等からなる。第３絶縁膜９の厚さは、０．１μｍ～１００μｍ程度であってもよい。第１絶縁膜４または第１絶縁膜４および第３絶縁膜９は、本開示における「絶縁層」の一例である。
第３絶縁膜９は、第２絶縁膜８よりも熱伝導率が低い絶縁材料からなることが好ましい。第３絶縁膜９は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂等からなる。第３絶縁膜９の厚さは、０．１μｍ～１００μｍ程度であってもよい。第１絶縁膜４または第１絶縁膜４および第３絶縁膜９は、本開示における「絶縁層」の一例である。
【0047】
金属膜１０は、各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向側端部および各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端部の熱を効率よく放熱するとともに熱電変換素子１の機械的強度を高めるために設けられている。この実施形態では、金属膜１０は、平面視において、基板２の４辺と平行な４辺を有する四角形状である。この実施形態では、金属膜１０は、各第１熱電変換部材３Ａおよび各第２熱電変換部材３Ｂの少なくとも低温側端部を含む凹部３ｃの中央領域において、第２絶縁膜８および第３絶縁膜９の露出面を覆うように形成されている。
【0048】
金属膜１０の－Ｘ方向側縁と第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向側端との間隔は１μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。言い換えれば、第１熱電変換部材３Ａの低温側端を金属膜１０が覆っている部分のＸ方向長さは、第１熱電変換部材３ＡのＸ方向長さの１／７以上３／７以下であることが好ましい。
同様に、第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端と金属膜１０の＋Ｘ方向側縁との間隔は１μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。言い換えれば、第２熱電変換部材３Ｂの低温側端を金属膜１０が覆っている部分のＸ方向長さは、第２熱電変換部材３ＢのＸ方向長さの１／７以上３／７以下であることが好ましい。
同様に、第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向側端と金属膜１０の＋Ｘ方向側縁との間隔は１μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。言い換えれば、第２熱電変換部材３Ｂの低温側端を金属膜１０が覆っている部分のＸ方向長さは、第２熱電変換部材３ＢのＸ方向長さの１／７以上３／７以下であることが好ましい。
【0049】
金属膜１０の＋Ｙ方向側縁は、平面視において、最も＋Ｙ方向側にある熱電変換部材３（この実施形態では最も＋Ｙ方向側にある第１熱電変換部材３Ａ）の＋Ｙ方向端のＹ方向位置と、凹部３ｃの＋Ｙ方向端のＹ方向位置との間に位置していることが好ましい。基板２における凹部２ｃの周壁は、後述するように発電装置として使用時に高温となるので、基板２における凹部２ｃの周壁上に金属膜１０が形成されない方が好ましいからである。
【0050】
同様な理由により、金属膜１０の－Ｙ方向側縁は、平面視において、最も－Ｙ方向側にある熱電変換部材３（この実施形態では最も－Ｙ方向側にある第２熱電変換部材３Ｂ）の－Ｙ方向端と、凹部３ｃの－Ｙ方向端のＹ方向位置との間に位置していることが好ましい。
金属膜１０は、平面視において、凹部３ｃの内側に配置されていることが好ましい。
金属膜１０は、平面視において、凹部３ｃの内側に配置されていることが好ましい。
【0051】
金属膜１０は、第３絶縁膜９よりも熱伝導率の高い材料からなる。金属膜１０は、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金属からなる。金属膜１０の厚さは、０．１μｍ～１００μｍ程度であってもよい。
この熱電変換素子１を発電装置として使用する場合には、素子面直方向（熱電変換素子１の厚さ方向）の温度差が熱電変換素子１に与えられる。例えば、熱電変換素子１の下面側が温められ、熱電変換素子１の上面側が冷やされることにより、熱電変換素子１に素子面直方向の温度差が与えられる。言い換えれば、熱電変換素子１の下面側に高温部が配置され、熱電変換素子１の上面側に低温部が配置されることにより、熱電変換素子１に素子面直方向の温度差が与えられる。
この熱電変換素子１を発電装置として使用する場合には、素子面直方向（熱電変換素子１の厚さ方向）の温度差が熱電変換素子１に与えられる。例えば、熱電変換素子１の下面側が温められ、熱電変換素子１の上面側が冷やされることにより、熱電変換素子１に素子面直方向の温度差が与えられる。言い換えれば、熱電変換素子１の下面側に高温部が配置され、熱電変換素子１の上面側に低温部が配置されることにより、熱電変換素子１に素子面直方向の温度差が与えられる。
【0052】
熱電変換素子１の下面側の高温の熱は、凹部２ｃ内の空気よりも熱伝導率の高い第１基板２１を伝導して、第２基板２２の周縁部に伝達される。第２基板２２の周縁部に伝達された高温の熱は、主として第２基板２２の周縁部を伝導して、第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部に伝達される。
つまり、第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部は、第２基板２２の周縁部および第１基板２１を介して、熱電変換素子１の下面側の高温部に熱的に接続される。
つまり、第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部は、第２基板２２の周縁部および第１基板２１を介して、熱電変換素子１の下面側の高温部に熱的に接続される。
【0053】
一方、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部は、第２絶縁膜８および金属膜１０を介して、熱電変換素子１の上面側の低温部に熱的に接続される。
これにより、第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部が温められ、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部が冷やされる。つまり、熱電変換素子１では、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができるようになる。これにより、ゼーベック効果により、各第１熱電変換部材３Ａの両端間に電位差（起電力）が発生するとともに、各第２熱電変換部材３Ｂの両端間に電位差（起電力）が発生する。
これにより、第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部が温められ、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部が冷やされる。つまり、熱電変換素子１では、素子面直方向の温度差を用いて素子面内方向に温度差を与えることができるようになる。これにより、ゼーベック効果により、各第１熱電変換部材３Ａの両端間に電位差（起電力）が発生するとともに、各第２熱電変換部材３Ｂの両端間に電位差（起電力）が発生する。
【0054】
複数の第１熱電変換部材３Ａと複数の第２熱電変換部材３Ｂとは、配線７によって直列接続されているので、各熱電変換部材３に生じた起電力の総和が熱電変換素子１の起電力として第１電極５と第２電極６との間に現れる。これにより、発電が可能となる。
熱電変換素子１を加熱装置または冷却装置として使用する場合には、熱電変換素子１の第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加する。そうすると、ペルチェ効果によって、各第１熱電変換部材３Ａの両端間に温度差が発生するとともにおよび各第２熱電変換部材３Ｂの両端間に温度差が発生する。例えば、各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部が高温となり、各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部が低温となる。
熱電変換素子１を加熱装置または冷却装置として使用する場合には、熱電変換素子１の第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加する。そうすると、ペルチェ効果によって、各第１熱電変換部材３Ａの両端間に温度差が発生するとともにおよび各第２熱電変換部材３Ｂの両端間に温度差が発生する。例えば、各第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部が高温となり、各第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および各第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部が低温となる。
【0055】
第１熱電変換部材３Ａの－Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの＋Ｘ方向端部は、熱電変換素子１の下面に熱的に接続され、第１熱電変換部材３Ａの＋Ｘ方向端部および第２熱電変換部材３Ｂの－Ｘ方向端部は、熱電変換素子１の上面に熱的に接続されている。したがって、熱電変換素子１の第１電極５と第２電極６との間に電圧を印加することによって、熱電変換素子１に素子面直方向の温度差を発生させることができる。
【0056】
本実施形態によれば、素子面直方向に温度差がある環境おいて使用でき、かつ小型で高性能の熱電変換素子を実現することができる。
図５Ａ～図５Ｆは、熱電変換素子１の製造工程の一例を示す平面図である。図６Ａ～図６Ｈは、熱電変換素子１の製造工程の一例を示す断面図であり、図２に対応する切断面を示す。
図５Ａ～図５Ｆは、熱電変換素子１の製造工程の一例を示す平面図である。図６Ａ～図６Ｈは、熱電変換素子１の製造工程の一例を示す断面図であり、図２に対応する切断面を示す。
【0057】
まず、図５Ａおよび図６Ａに示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法等によって、第１基板２１（例えばＳｉ基板）上に第２基板２２（例えばＡｉＮ基板）が形成される。これにより、第１基板２１および第２基板２２からなり、第１主面２ａおよび第２主面２ｂを有する基板２が得られる。その後、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法等によって、基板２の第１主面２ａ上に、熱電変換部材３の材料である熱電変換材料層４１が形成される。
【0058】
次に、図５Ｂおよび図６Ｂに示すように、微細加工プロセスによって、熱電変換材料層４１がパターニングされる。これにより、複数の帯状の熱電変換部材３が形成される。複数の熱電変換部材３は、複数の第１熱電変換部材３Ａおよび複数の第２熱電変換部材３Ｂを含む。微細加工プロセスは、フォトリソグラフィ、エッチング、蒸着、リフトオフ等の組合せによって行われる（以下、同じ）。
【0059】
次に、図５Ｃおよび図６Ｃに示すように、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等によって、基板２の第１主面２ａ上に、各熱電変換部材３を覆うように第１絶縁膜４（例えばＳｉＮ）が形成される。フォトリソグラフィおよびエッチングによって、開口部４ａ、第１コンタクト孔４ｂおよび第２コンタクト孔４ｃが形成される。
この後、第１絶縁膜４上に各熱電変換部材３を覆うように例えばＡｌからなる配線・電極材料膜が形成される。そして、微細加工プロセスによって、配線・電極材料膜がパターニングされる。これにより、第１～第５配線部材７Ａ～７Ｅを含む配線７と、第１電極５と、第２電極６とが形成される。
この後、第１絶縁膜４上に各熱電変換部材３を覆うように例えばＡｌからなる配線・電極材料膜が形成される。そして、微細加工プロセスによって、配線・電極材料膜がパターニングされる。これにより、第１～第５配線部材７Ａ～７Ｅを含む配線７と、第１電極５と、第２電極６とが形成される。
【0060】
次に、図５Ｄおよび図６Ｄに示すように、平面視において、第１絶縁膜４の開口部４ａが存在する領域およびその周辺部を含むＹ方向に長い矩形領域において、基板２、熱電変換部材３、第１絶縁膜４および配線７の露出面を覆うように、第２絶縁膜８が形成される。第２絶縁膜８は、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着等によって形成される。図５Ｄでは、明瞭化のため、第２絶縁膜８が形成されている領域にはドットを付与している。
【0061】
次に、図５Ｅおよび図６Ｅに示すように、第１絶縁膜４上に、配線７の大部分を覆うように第３絶縁膜９が形成される。第３絶縁膜９がポリイミドであるとすると、第３絶縁膜９は、例えば次のようにして形成される。すなわち、スピンコーターによってポリイミド材料を第１絶縁膜４上に塗布した後、焼成を行うことにより、ポリイミド膜を形成する。この後、フォトリソグラフィによって、ポリイミド膜をパターニングする。これにより、第２絶縁膜８を露出させる開口部９ａを有する第３絶縁膜９が形成される。
【0062】
次に、図５Ｆおよび図６Ｆに示すように、第２絶縁膜８の露出面と、第３絶縁膜９の開口部９ａの側面と、第３絶縁膜９上面における開口部９ａの周辺部を覆うように、金属膜１０が形成される。金属膜１０は、蒸着法、原子堆積法、電解メッキ法、無電解メッキ法等によって形成される。
最後に、基板２に凹部２ｃを形成する。凹部２ｃは、例えば、メタルアシストケミカルエッチングによって形成される。メタルアシストケミカルエッチングでは、図６Ｇに示すように、基板２の第２主面２ｂにおける凹部２ｃを形成すべき領域に金属触媒４２が形成される。金属触媒４２は、例えば、金または白金である。
最後に、基板２に凹部２ｃを形成する。凹部２ｃは、例えば、メタルアシストケミカルエッチングによって形成される。メタルアシストケミカルエッチングでは、図６Ｇに示すように、基板２の第２主面２ｂにおける凹部２ｃを形成すべき領域に金属触媒４２が形成される。金属触媒４２は、例えば、金または白金である。
【0063】
そして、半製品がエッチング液に浸漬される。エッチング液は、例えば、フッ酸と過酸化水素水との混合液である。これにより、図６Ｈに示すように、第１基板２１がエッチングされる。この際、第２基板２２は、エッチングストッパ層として機能する。
第１基板２１のエッチングが完了した後、王水を用いて金属触媒が除去される。これにより、基板２に凹部２ｃが形成される。これにより、図１および図２に示される熱電変換素子１が得られる。
第１基板２１のエッチングが完了した後、王水を用いて金属触媒が除去される。これにより、基板２に凹部２ｃが形成される。これにより、図１および図２に示される熱電変換素子１が得られる。
【0064】
本発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、基板２は、第１基板２１と第２基板２２とから構成されているが、基板２は、第１基板２１のみから構成されもよい。この場合、キャビティ２ｃは、基板２（第１基板２１）を厚さ方向に貫通する貫通孔であってもよいし、基板２（第１基板２１）の第２主面２ｂから基板２（第１基板２１）の厚さ中まで掘り下げられた凹部であってもよい。
【0065】
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【0066】
１ 熱電変換素子
２ 基板
２ａ 第１主面
２ｂ 第２主面
２ｃ 凹部（キャビティ）
３ 熱電変換部材
３Ａ 第１熱電変換部材
３Ｂ 第２熱電変換部材
４ 第１絶縁膜
４ａ 開口部
４ｂ 第１コンタクト孔
４ｃ 第２コンタクト孔
５ 第１電極
６ 第２電極
７ 配線
７Ａ 第１配線部材
７Ｂ 第２配線部材
７Ｃ 第３配線部材
７Ｃ１ 第１直線部
７Ｃ２ 第２直線部
７Ｃ３ 第３直線部
７Ｃ４ 第４直線部
７Ｄ 第４配線部材
７Ｅ 第５配線部材
７Ｅ１ 第１直線部
７Ｅ２ 第２直線部
８ 第２絶縁膜
９ 第３絶縁膜
９ａ 開口部
１０ 金属膜
２１ 第１基板
２２ 第２基板
４１ 熱電変換材料層
４２ 金属触媒
２ 基板
２ａ 第１主面
２ｂ 第２主面
２ｃ 凹部（キャビティ）
３ 熱電変換部材
３Ａ 第１熱電変換部材
３Ｂ 第２熱電変換部材
４ 第１絶縁膜
４ａ 開口部
４ｂ 第１コンタクト孔
４ｃ 第２コンタクト孔
５ 第１電極
６ 第２電極
７ 配線
７Ａ 第１配線部材
７Ｂ 第２配線部材
７Ｃ 第３配線部材
７Ｃ１ 第１直線部
７Ｃ２ 第２直線部
７Ｃ３ 第３直線部
７Ｃ４ 第４直線部
７Ｄ 第４配線部材
７Ｅ 第５配線部材
７Ｅ１ 第１直線部
７Ｅ２ 第２直線部
８ 第２絶縁膜
９ 第３絶縁膜
９ａ 開口部
１０ 金属膜
２１ 第１基板
２２ 第２基板
４１ 熱電変換材料層
４２ 金属触媒
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】