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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-04
(45)【発行日】2024-01-15
(54)【発明の名称】熱流スイッチング素子
(51)【国際特許分類】
H10N 99/00 20230101AFI20240105BHJP
【ＦＩ】
H10N99/00
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020018678
(22)【出願日】2020-02-06
(65)【公開番号】P2021125578
(43)【公開日】2021-08-30
【審査請求日】2023-01-16
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ２０１９年７月２日韓国で開催の「３８ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ ４ｔｈ Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ（ＩＣＴ／ＡＣＴ２０１９）」にて公開 ２０１９年９月４日公益社団法人応用物理学会『第８０回応用物理学会秋期学術講演会 講演予稿集』にて公開 ２０１９年１０月２４日下記アドレスにて公開 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ．ｊｐ／ｚａｔａ／ｍａｔｅｔｒａ／ｐａｐｅｒ／ＴＳＪ＿ｍａｔｓｕｎａｇａ＿２０１９１０２４ＪＡ．ｐｄｆ ２０１９年１１月２１日学校法人トヨタ学園豊田工業大学『スマートエネルギー技術研究センター第１２回シンポジウム プログラム予稿集』にて公開 ２０１９年１２月１日一般社団法人日本ＭＲＳ『ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＭＥＥＴＩＮＧ ２０１９ 講演予稿集』にて公開
(73)【特許権者】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】592032636
【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園
(74)【代理人】
【識別番号】100120396
【弁理士】
【氏名又は名称】杉浦 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】藤田 利晃
(72)【発明者】
【氏名】新井 皓也
(72)【発明者】
【氏名】竹内 恒博
(72)【発明者】
【氏名】松永 卓也
【審査官】小山 満
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－２５１６９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０６１１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０６０４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１４４５８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０４５８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１０／０７３３９８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ９９／００
Ｈ１０Ｎ １０／００
Ｈ１０Ｎ １５／００
Ｈ１０Ｎ １９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に積層された絶縁体層と、
前記絶縁体層上に積層されたＰ型半導体層と、
前記Ｎ型半導体層に接続されたＮ側電極と、
前記Ｐ型半導体層に接続されたＰ側電極とを備え、
前記Ｎ型半導体層と前記Ｐ型半導体層とは、その間に前記絶縁体層を配して絶縁状態であり、
前記Ｎ側電極と前記Ｐ側電極とに外部電圧を印加することにより熱伝導率が変化することを特徴とする熱流スイッチング素子。
【請求項2】
請求項１に記載の熱流スイッチング素子において、前記Ｎ型半導体層及び前記Ｐ型半導体層が、厚さ５ｎｍ以上かつ１μｍ未満の薄膜で形成され、
前記絶縁体層が、厚さ１μｍ未満であることを特徴とする熱流スイッチング素子。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の熱流スイッチング素子において、前記絶縁体層が、誘電体で形成されていることを特徴とする熱流スイッチング素子。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱流スイッチング素子において、前記Ｎ型半導体層と前記Ｐ型半導体層とが前記絶縁体層を挟んで交互に複数積層されていることを特徴とする熱流スイッチング素子。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか一項に記載の熱流スイッチング素子において、最上面に設けられた上部高熱伝導部と、
最下面に設けられた下部高熱伝導部と、
前記Ｎ型半導体層，前記絶縁体層及び前記Ｐ型半導体層の外周縁を覆って設けられた外周断熱部とを備え、
前記上部高熱伝導部及び前記下部高熱伝導部が、前記外周断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする熱流スイッチング素子。
【請求項6】
請求項１から４のいずれか一項に記載の熱流スイッチング素子において、最上面に設けられた上部断熱部と、
最下面に設けられた下部断熱部と、
前記Ｎ型半導体層，前記絶縁体層及び前記Ｐ型半導体層の外周縁において互いに離間した２箇所に部分的に設けられた一対の外周高熱伝導部とを備え、
前記外周高熱伝導部が、前記上部断熱部及び前記下部断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする熱流スイッチング素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイアス電圧で熱伝導を能動的に制御可能な熱流スイッチング素子に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、熱伝導率を変化させる熱スイッチとして、例えば特許文献１には、熱膨張率の異なる２つの熱伝導体を軽く接触させて温度勾配の方向によって熱の流れ方が異なるサーマルダイオードが記載されている。また、特許文献２にも、熱膨張による物理的熱接触を使った熱スイッチである放熱装置が記載されている。
【0003】
また、特許文献３には、化合物に電圧を印加させることで起こる可逆的な酸化還元反応により熱伝導率が変化する熱伝導可変デバイスが記載されている。
さらに、非特許文献１には、ポリイミドテープを２枚のＡｇ２Ｓ０．６Ｓｅ０．４で挟み込んで電場を印加することで熱伝導度を変化させる熱流スイッチング素子が提案されている。
さらに、非特許文献１には、ポリイミドテープを２枚のＡｇ２Ｓ０．６Ｓｅ０．４で挟み込んで電場を印加することで熱伝導度を変化させる熱流スイッチング素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第２７８１８９２号公報
【文献】特許第５４０２３４６号公報
【文献】特開２０１６－２１６６８８号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】松永卓也、他４名、「バイアス電圧で動作する熱流スイッチング素子の作製」、第１５回日本熱電学会学術講演会、２０１８年９月１３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１及び２に記載の技術では、熱膨張による物理的熱接触を使うため、再現性が得られず、特に微小変化であるためサイズ設計が困難であると共に、機械接触圧による塑性変形を回避することができない。また、材料間の対流熱伝達の影響が大き過ぎる問題があった。
また、特許文献３に記載の技術では、化学反応である酸化還元反応を用いており、熱応答性に劣り、熱伝導が安定しないという不都合があった。
これらに対して非特許文献１に記載の技術では、電圧を印加することで、材料界面に熱伝導可能な電荷を生成し、その電荷によって熱を運ぶことができるため、熱伝導が変化した状態に直ちに移行でき、比較的良好な熱応答性を得ることができる。しかしながら、生成される電荷の量が少ないため、より生成される電荷の量を増大させ、熱伝導率の変化がさらに大きい熱流スイッチング素子が望まれている。
すなわち、特許文献１及び２に記載の技術では、熱膨張による物理的熱接触を使うため、再現性が得られず、特に微小変化であるためサイズ設計が困難であると共に、機械接触圧による塑性変形を回避することができない。また、材料間の対流熱伝達の影響が大き過ぎる問題があった。
また、特許文献３に記載の技術では、化学反応である酸化還元反応を用いており、熱応答性に劣り、熱伝導が安定しないという不都合があった。
これらに対して非特許文献１に記載の技術では、電圧を印加することで、材料界面に熱伝導可能な電荷を生成し、その電荷によって熱を運ぶことができるため、熱伝導が変化した状態に直ちに移行でき、比較的良好な熱応答性を得ることができる。しかしながら、生成される電荷の量が少ないため、より生成される電荷の量を増大させ、熱伝導率の変化がさらに大きい熱流スイッチング素子が望まれている。
【0007】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱伝導率の変化がより大きく、優れた熱応答性を有する熱流スイッチング素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る熱流スイッチング素子は、Ｎ型半導体層と、前記Ｎ型半導体層上に積層された絶縁体層と、前記絶縁体層上に積層されたＰ型半導体層とを備えていることを特徴とする。
【0009】
この熱流スイッチング素子では、Ｎ型半導体層と、Ｎ型半導体層上に積層された絶縁体層と、絶縁体層上に積層されたＰ型半導体層とを備えているので、Ｎ側電極とＰ側電極とに外部電圧を印加すると、Ｐ型半導体層及びＮ型半導体層と絶縁体層との主に界面に電荷が誘起され、この電荷が熱を運ぶことで熱伝導率が変化する。特に、Ｎ型半導体層と絶縁体層との界面及びその近傍と、Ｐ型半導体層と絶縁体層との界面及びその近傍との両方で電荷が生成されるため、生成される電荷量が多く、熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。また、化学反応機構を用いない、物理的に熱伝導率を変化させる機構であるので、熱伝導が変化した状態に直ちに移行でき、良好な熱応答性を得ることができる。
また、外部電圧の大きさに乗じて、界面に誘起される電荷量が変化するので、外部電圧を調整することで、熱伝導率を調整することが可能となるので、本素子を介して、熱流を能動的に制御可能となる。
なお、絶縁体層が絶縁体であり、電圧印加に伴う電流が発生しないため、ジュール熱は生じない。そのため、自己発熱することなく、熱流を能動的に制御可能となる。
また、外部電圧の大きさに乗じて、界面に誘起される電荷量が変化するので、外部電圧を調整することで、熱伝導率を調整することが可能となるので、本素子を介して、熱流を能動的に制御可能となる。
なお、絶縁体層が絶縁体であり、電圧印加に伴う電流が発生しないため、ジュール熱は生じない。そのため、自己発熱することなく、熱流を能動的に制御可能となる。
【0010】
第２の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１の発明において、前記Ｎ型半導体層に接続されたＮ側電極と、前記Ｐ型半導体層に接続されたＰ側電極とを備えていることを特徴とする。
【0011】
第３の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１又は第２の発明において、絶縁体層が、誘電体で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、絶縁体層が、誘電体で形成されているので、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層と絶縁体層との界面において誘電体である絶縁体層側にも電荷が生成され、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、絶縁体層が、誘電体で形成されているので、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層と絶縁体層との界面において誘電体である絶縁体層側にも電荷が生成され、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。
【0012】
第４の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記Ｎ型半導体層と前記Ｐ型半導体層とが前記絶縁体層を挟んで交互に複数積層されていることを特徴とする。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とが絶縁体層を挟んで交互に複数積層されているので、積層されて増えた上記界面に応じて生成される電荷量も増え、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とが得られる。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、Ｎ型半導体層とＰ型半導体層とが絶縁体層を挟んで交互に複数積層されているので、積層されて増えた上記界面に応じて生成される電荷量も増え、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とが得られる。
【0013】
第５の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、最上面に設けられた上部高熱伝導部と、最下面に設けられた下部高熱伝導部と、前記Ｎ型半導体層，前記絶縁体層及び前記Ｐ型半導体層の外周縁を覆って設けられた外周断熱部とを備え、前記上部高熱伝導部及び前記下部高熱伝導部が、前記外周断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、上部高熱伝導部及び下部高熱伝導部が、外周断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、面内方向への熱流を抑制でき、積層方向に熱スイッチ性を得ることができる。特に、各層の外周にＮ側電極及びＰ側電極が配されている場合、これら電極への熱の流入を熱伝導性の低い外周断熱部により極力抑えることができる。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、上部高熱伝導部及び下部高熱伝導部が、外周断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、面内方向への熱流を抑制でき、積層方向に熱スイッチ性を得ることができる。特に、各層の外周にＮ側電極及びＰ側電極が配されている場合、これら電極への熱の流入を熱伝導性の低い外周断熱部により極力抑えることができる。
【0014】
第６の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、最上面に設けられた上部断熱部と、最下面に設けられた下部断熱部と、前記Ｎ型半導体層，前記絶縁体層及び前記Ｐ型半導体層の外周縁において互いに離間した２箇所に部分的に設けられた一対の外周高熱伝導部とを備え、前記外周高熱伝導部が、前記上部断熱部及び前記下部断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、外周高熱伝導部が、上部断熱部及び下部断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、積層方向への熱流を抑制でき、面内方向に熱スイッチ性を得ることができる。特に、各層の外周にＮ側電極及びＰ側電極が配されている場合、熱伝導性の高い外周高熱伝導部によりＮ側電極やＰ側電極をカバーすることで、高温側及び低温側の接触熱抵抗を低減することができる。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、外周高熱伝導部が、上部断熱部及び下部断熱部よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、積層方向への熱流を抑制でき、面内方向に熱スイッチ性を得ることができる。特に、各層の外周にＮ側電極及びＰ側電極が配されている場合、熱伝導性の高い外周高熱伝導部によりＮ側電極やＰ側電極をカバーすることで、高温側及び低温側の接触熱抵抗を低減することができる。
【0015】
第７の発明に係る熱流スイッチング素子は、第１から第６の発明のいずれかにおいて、前記Ｎ型半導体層及び前記Ｐ型半導体層が、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されていることを特徴とする。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層が、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されているので、厚さ１μｍ以上であっても機能的に電荷生成の効果は変わらないため、熱スイッチングに寄与しない無駄な部分が低減され、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。
すなわち、この熱流スイッチング素子では、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層が、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されているので、厚さ１μｍ以上であっても機能的に電荷生成の効果は変わらないため、熱スイッチングに寄与しない無駄な部分が低減され、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る熱流スイッチング素子によれば、Ｎ型半導体層と、Ｎ型半導体層上に積層された絶縁体層と、絶縁体層上に積層されたＰ型半導体層とを備えているので、外部電圧印加により生成される電荷量が多く、熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。
すなわち、本発明に係る熱流スイッチング素子によれば、Ｎ型半導体層と、Ｎ型半導体層上に積層された絶縁体層と、絶縁体層上に積層されたＰ型半導体層とを備えているので、外部電圧印加により生成される電荷量が多く、熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明に係る熱流スイッチング素子の第１実施形態を示す斜視図である。
【図2】第１実施形態において、原理を説明するための概念図である。
【図3】本発明に係る熱流スイッチング素子の第２実施形態を示す斜視図である。
【図4】第２実施形態において、熱流スイッチング素子を示す断面図である。
【図5】本発明に係る熱流スイッチング素子の第３実施形態を示す断面図である。
【図6】本発明に係る熱流スイッチング素子の第４実施形態を示す断面図である。
【図7】本発明に係る熱流スイッチング素子の第５実施形態を示す断面図である。
【図8】本発明に係る熱流スイッチング素子の実施例１において、パルス光加熱サーモリフレクタンス法（ＦＦ法）による測定時の、表面温度（ΔＴ／ΔＴMAX）の時間依存性を示すグラフである。
【図9】本発明に係る熱流スイッチング素子の実施例２において、パルス光加熱サーモリフレクタンス法（ＦＦ法）による測定時の、表面温度（ΔＴ／ΔＴMAX）の時間依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明に係る熱流スイッチング素子における第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【0019】
本実施形態の熱流スイッチング素子１は、図１及び図２に示すように、Ｎ型半導体層３と、Ｎ型半導体層３上に積層された絶縁体層４と、絶縁体層４上に積層されたＰ型半導体層５とを備えている。
さらに、本実施形態の熱流スイッチング素子１は、Ｎ型半導体層３に接続されたＮ側電極６と、Ｐ型半導体層５に接続されたＰ側電極７とを備えている。
成膜方法は、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等、各種成膜手法が採用される。
なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５に直接電圧を印加可能な場合は、Ｎ側電極６及びＰ側電極７が不要である。
さらに、本実施形態の熱流スイッチング素子１は、Ｎ型半導体層３に接続されたＮ側電極６と、Ｐ型半導体層５に接続されたＰ側電極７とを備えている。
成膜方法は、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等、各種成膜手法が採用される。
なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５に直接電圧を印加可能な場合は、Ｎ側電極６及びＰ側電極７が不要である。
【0020】
また、本実施形態の熱流スイッチング素子１は、絶縁性の基材２を備え、基材２上にＮ側電極６が形成されている。すなわち、基材２上に、Ｎ側電極６，Ｎ型半導体層３，絶縁体層４，Ｐ型半導体層５及びＰ側電極７が、この順で積層されている。なお、基材２上に、上記と逆の順序で積層しても構わない。また、基材２自体を、Ｐ側電極７又はＮ側電極６としても構わない。
【0021】
上記Ｎ側電極６及びＰ側電極７には、外部電源Ｖが接続され、電圧が印加される。なお、図１における矢印は、電圧（電場）の印加方向を示している。
Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されている。特に、絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅ（正電荷，負電荷）は、５～１０ｎｍの厚さ範囲で主に溜まるため、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、１００ｎｍ以下の膜厚で形成されることがより好ましい。なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、５ｎｍ以上の膜厚が好ましい。
また、絶縁体層４は、４０ｎｍ以上の膜厚が好ましく、絶縁破壊が生じない厚さに設定される。なお、絶縁体層４は、厚すぎると電荷ｅを運び難くなるため、１μｍ未満の膜厚とすることが好ましい。
なお、図１中の、Ｎ型半導体層３と絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅの種類は、電子であり、白丸で表記されている。また、Ｐ型半導体層５と絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅの種類は、正孔であり、黒丸で表記されている。（正孔は、半導体の価電子帯の電子の不足によってできた孔であり、相対的に正の電荷を持っているように見える。）
Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されている。特に、絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅ（正電荷，負電荷）は、５～１０ｎｍの厚さ範囲で主に溜まるため、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、１００ｎｍ以下の膜厚で形成されることがより好ましい。なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、５ｎｍ以上の膜厚が好ましい。
また、絶縁体層４は、４０ｎｍ以上の膜厚が好ましく、絶縁破壊が生じない厚さに設定される。なお、絶縁体層４は、厚すぎると電荷ｅを運び難くなるため、１μｍ未満の膜厚とすることが好ましい。
なお、図１中の、Ｎ型半導体層３と絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅの種類は、電子であり、白丸で表記されている。また、Ｐ型半導体層５と絶縁体層４との界面及びその近傍に生成される電荷ｅの種類は、正孔であり、黒丸で表記されている。（正孔は、半導体の価電子帯の電子の不足によってできた孔であり、相対的に正の電荷を持っているように見える。）
【0022】
Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５は、低い格子熱伝導を持つ縮退半導体材料が好ましく、例えばＳｉＧｅ等の熱電材料、ＣｒＮ等の窒化物半導体、ＶＯ２等の酸化物半導体などが採用可能である。なお、Ｎ型，Ｐ型は、半導体材料にＮ型，Ｐ型のドーパントを添加すること等で設定している。
【0023】
絶縁体層４は、熱伝導率が小さい絶縁性材料であることが好ましく、ＳｉＯ２等の絶縁体、ＨｆＯ２，ＢｉＦｅＯ３等の誘電体、ポリイミド（ＰＩ）等の有機材料などが採用可能である。特に、誘電率の高い誘電体材料が好ましい。
上記基材２は、例えばガラス基板などが採用可能である。
上記Ｎ側電極６及び上記Ｐ側電極７は、例えばＭｏ，Ａｌ等の金属で形成される。
上記基材２は、例えばガラス基板などが採用可能である。
上記Ｎ側電極６及び上記Ｐ側電極７は、例えばＭｏ，Ａｌ等の金属で形成される。
【0024】
本実施形態の熱流スイッチング素子１は、図２に示すように、電場（電圧）印加により、Ｎ型半導体層３と絶縁体層４との界面及びその近傍に熱伝導可能な電荷ｅを生成することで、生成した電荷ｅが熱を運んで熱伝導率が変化する。
なお、熱伝導率は以下の式で得られる。
熱伝導率＝格子熱伝導率＋電子熱伝導率
なお、熱伝導率は以下の式で得られる。
熱伝導率＝格子熱伝導率＋電子熱伝導率
【0025】
この２種類の熱伝導率のうち、電場（電圧）印加により生成した電荷量に応じて変化するのは、電子熱伝導率である。したがって、本実施形態において、より大きな熱伝導率変化を得るには、格子熱伝導率が小さい材料が適している。したがって、Ｎ型半導体層３，絶縁体層４及びＰ型半導体層５のいずれにおいても、格子熱伝導率が小さい、すなわち熱伝導率が小さい材料が選択される。
【0026】
本実施形態の各層を構成する材料の熱伝導率は、５Ｗ／ｍＫ以下、より好ましくは１Ｗ／ｍＫ以下の低いものであることが良く、上述した材料が採用可能である。
また、上記電子熱伝導率は、印加する外部電場（電圧）に応じて生成される電荷ｅの量に応じて増大する。
なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５と絶縁体層４との界面で電荷ｅが生成されることから、界面の総面積を増やすことで、生成する電荷ｅの量も増やすことができる。
また、上記電子熱伝導率は、印加する外部電場（電圧）に応じて生成される電荷ｅの量に応じて増大する。
なお、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５と絶縁体層４との界面で電荷ｅが生成されることから、界面の総面積を増やすことで、生成する電荷ｅの量も増やすことができる。
【0027】
上記熱伝導率の測定方法は、例えば基板上に形成された薄膜試料をパルスレーザーで瞬間的に加熱し、薄膜内部への熱拡散による表面温度の低下速度あるいは表面温度の上昇速度を測定することにより、薄膜の膜厚方向の熱拡散率又は熱浸透率を求める方法であるパルス光加熱サーモリフレクタンス法により行う。なお、上記パルス光加熱サーモリフレクタンス法のうち、熱拡散を直接測定する方法（裏面加熱／表面測温（ＲＦ）方式）では、パルスレーザーが透過可能な透明基板を用いる必要があるため、透明基板でない場合は、熱浸透率を測定し、熱伝導率に換算する方式である表面加熱／測温（ＦＦ）方式で熱伝導率を測定する。なお、この測定には、金属膜が必要であり、Ｍｏ，Ａｌ等が採用される。
【0028】
このように本実施形態の熱流スイッチング素子１では、Ｎ型半導体層３と、Ｎ型半導体層３上に積層された絶縁体層４と、絶縁体層４上に積層されたＰ型半導体層５とを備えているので、Ｎ側電極６とＰ側電極７とに電圧を印加すると、Ｐ型半導体層５及びＮ型半導体層３と絶縁体層４との主に界面に電荷ｅが誘起され、この電荷ｅが熱を運ぶことで熱伝導率が変化する。
【0029】
特に、Ｎ型半導体層３と絶縁体層４との界面及びその近傍と、Ｐ型半導体層５と絶縁体層４との界面及びその近傍との両方で電荷ｅが生成されるため、生成される電荷量が多く、熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。また、化学反応機構を用いない、物理的に熱伝導率を変化させる機構であるので、熱伝導が変化した状態に直ちに移行でき、良好な熱応答性を得ることができる。
【0030】
また、外部電圧の大きさに乗じて、界面に誘起される電荷量が変化するので、外部電圧を調整することで、熱伝導率を調整することが可能となり、本素子を介して、熱流を能動的に制御可能となる。
なお、絶縁体層４が絶縁体であり、電圧印加に伴う電流が発生しないため、電圧印加に伴うジュール熱は生じない。そのため、自己発熱することなく、熱流を能動的に制御可能となる。
なお、絶縁体層４が絶縁体であり、電圧印加に伴う電流が発生しないため、電圧印加に伴うジュール熱は生じない。そのため、自己発熱することなく、熱流を能動的に制御可能となる。
【0031】
また、絶縁体層４が、誘電体で形成されているので、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５と絶縁体層４との界面において誘電体である絶縁体層４側にも電荷が生成され、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とを得ることができる。
さらに、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５が、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されているので、厚さ１μｍ以上であっても機能的に電荷生成の効果は変わらないため、熱スイッチングに寄与しない無駄な部分が低減され、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。
さらに、Ｎ型半導体層３及びＰ型半導体層５が、厚さ１μｍ未満の薄膜で形成されているので、厚さ１μｍ以上であっても機能的に電荷生成の効果は変わらないため、熱スイッチングに寄与しない無駄な部分が低減され、製造コストの低減及び薄型化を図ることができる。
【0032】
次に、本発明に係る熱流スイッチング素子の第２～第５実施形態について、図３から図７を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0033】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、Ｎ型半導体層３，絶縁体層４及びＰ型半導体層５が各１層ずつ積層されているのに対し、第２実施形態の熱流スイッチング素子２１では、図３及び図４に示すように、Ｎ型半導体層２３とＰ型半導体層２５とが絶縁体層２４を挟んで交互に複数積層されている点である。
すなわち、第２実施形態では、基材２上に絶縁体層２４をまず成膜し、その上にＮ型半導体層２３とＰ型半導体層２５とを、間に絶縁体層２４を介在させながらこの順で繰り返し積層し、３層のＮ型半導体層２３と３層のＰ型半導体層２５と７層の絶縁体層２４との積層体を構成している。
すなわち、第２実施形態では、基材２上に絶縁体層２４をまず成膜し、その上にＮ型半導体層２３とＰ型半導体層２５とを、間に絶縁体層２４を介在させながらこの順で繰り返し積層し、３層のＮ型半導体層２３と３層のＰ型半導体層２５と７層の絶縁体層２４との積層体を構成している。
【0034】
各Ｎ型半導体層２３は、それぞれ基端部に設けられたＮ側連結部２３ａに接続され、さらにＮ側連結部２３ａの一部にＮ側電極２６が形成されている。また、各Ｐ型半導体層２５は、それぞれ基端部に設けられたＰ側連結部２５ａに接続され、さらにＰ側連結部２５ａの一部にＰ側電極２７が形成されている。
上記各層は、メタルマスクを用いてパターン形成されている。なお、メタルマスクの位置をずらして成膜することで、Ｎ型半導体層２３とＰ型半導体層２５と絶縁体層２４を複数積層している。
また、Ｎ側電極２６及びＰ側電極２７には、それぞれリード線２６ａ，２７ａが接続されている。
上記各層は、メタルマスクを用いてパターン形成されている。なお、メタルマスクの位置をずらして成膜することで、Ｎ型半導体層２３とＰ型半導体層２５と絶縁体層２４を複数積層している。
また、Ｎ側電極２６及びＰ側電極２７には、それぞれリード線２６ａ，２７ａが接続されている。
【0035】
このように第２実施形態の熱流スイッチング素子２１では、Ｎ型半導体層２３とＰ型半導体層２５とが絶縁体層２４を挟んで交互に複数積層されているので、外部電圧により、積層されて増えた上記界面に応じて生成される電荷ｅも増え、より熱伝導率の大きな変化と高い熱応答性とが得られる。
【0036】
次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、最上面に絶縁体層２４が露出し、最下面の基材２がガラス基板であるのに対し、第３実施形態の熱流スイッチング素子３１では、図５に示すように、最上面に設けられた上部高熱伝導部３８と、最下面に設けられた基材の下部高熱伝導部３２と、Ｎ型半導体層２３，絶縁体層２４及びＰ型半導体層２５の外周縁を覆って設けられた外周断熱部３９とを備え、上部高熱伝導部３８及び下部高熱伝導部３２が、外周断熱部３９よりも熱伝導性の高い材料で形成されている点である。
【0037】
例えば、上部高熱伝導部３８は、シリコン系樹脂（シリコーン）等の高熱伝導材料で形成されていると共に、下部高熱伝導部３２はアルミナ等で形成された高熱伝導基板が採用される。
また、上記外周断熱部３９は、エポキシ樹脂等の低熱伝導材料で形成されている。
また、上記外周断熱部３９は、エポキシ樹脂等の低熱伝導材料で形成されている。
【0038】
外周断熱部３９は、最上部の絶縁体層２４の部分を露出させた状態でその周りを覆っており、上部高熱伝導部３８は、露出した最上部の絶縁体層２４に接触するように上部に形成されている。
なお、外周断熱部３９は、各層の外周に配されリード線２６ａ，２７ａに接続されたＮ側電極２６及びＰ側電極２７も覆って形成されている。
なお、外周断熱部３９は、各層の外周に配されリード線２６ａ，２７ａに接続されたＮ側電極２６及びＰ側電極２７も覆って形成されている。
【0039】
第３実施形態の場合、熱流方向が積層方向（図５中の矢印方向）となり、例えば、上部高熱伝導部３８側が高温側となると共に、下部高熱伝導部３２側が低温側となる。熱流方向は積層方向であれば、上部高熱伝導部３８側が低温側となると共に、下部高熱伝導部３２側が高温側でもよい。
このように第３実施形態の熱流スイッチング素子３１では、最上面の上部高熱伝導部３８及び最下面の下部高熱伝導部３２が、外周断熱部３９よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、Ｎ型半導体層２３，絶縁体層２４及びＰ型半導体層２５の全体を熱流の経路としながら、熱伝導率の変化しない外周断熱部３９を経由して熱が流れることを抑制できるので、積層方向に熱スイッチ性を得ることができる。また、上部高熱伝導部３８側、下部高熱伝導部３２側、共に、平坦性を得られ易い素子構造となっているため、高温側及び低温側と容易に熱接触させ易く、高温側及び低温側との接触熱抵抗を低減することができる。
このように第３実施形態の熱流スイッチング素子３１では、最上面の上部高熱伝導部３８及び最下面の下部高熱伝導部３２が、外周断熱部３９よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、Ｎ型半導体層２３，絶縁体層２４及びＰ型半導体層２５の全体を熱流の経路としながら、熱伝導率の変化しない外周断熱部３９を経由して熱が流れることを抑制できるので、積層方向に熱スイッチ性を得ることができる。また、上部高熱伝導部３８側、下部高熱伝導部３２側、共に、平坦性を得られ易い素子構造となっているため、高温側及び低温側と容易に熱接触させ易く、高温側及び低温側との接触熱抵抗を低減することができる。
【0040】
次に、第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、上部高熱伝導部３８及び下部高熱伝導部３２が、外周断熱部３９よりも熱伝導性の高い材料で形成されているのに対し、第４実施形態の熱流スイッチング素子４１では、図６に示すように、最上面に設けられた上部断熱部４８と、最下面に設けられた下部断熱部４２と、Ｎ型半導体層２３，絶縁体層２４及びＰ型半導体層２５の外周縁において互いに離間した２箇所に部分的に設けられた一対の外周高熱伝導部４９とを備え、外周高熱伝導部４９は、上部断熱部４８及び下部断熱部４２よりも熱伝導性の高い材料で形成されている点である。
【0041】
例えば、上部断熱部４８は、エポキシ樹脂等の低熱伝導材料で形成されていると共に、下部断熱部４２はガラス等の低熱伝導基板が採用される。
また、一対の上記外周高熱伝導部４９は、シリコン系樹脂（シリコーン）等の高熱伝導材料で形成されている。
また、一対の上記外周高熱伝導部４９は、シリコン系樹脂（シリコーン）等の高熱伝導材料で形成されている。
【0042】
一対の外周高熱伝導部４９は、最上部の絶縁体層２４の部分を露出させた状態でその周りを覆っているが、互いに外周方向で離間して形成されている。
上部断熱部４８は、露出した最上部の絶縁体層４に接触するように上部に形成されている。
なお、一対の外周高熱伝導部４９は、各層の外周に配されリード線２６ａ，２７ａに接続されたＮ側電極２６及びＰ側電極２７も覆って形成されている。
上部断熱部４８は、露出した最上部の絶縁体層４に接触するように上部に形成されている。
なお、一対の外周高熱伝導部４９は、各層の外周に配されリード線２６ａ，２７ａに接続されたＮ側電極２６及びＰ側電極２７も覆って形成されている。
【0043】
第４実施形態の場合、熱流方向が面内方向（図６中の矢印方向）となり、一対の外周高熱伝導部４９のうち一方側が高温側となると共に、他方側が低温側となる。すなわち、一対の外周高熱伝導部４９は、互いに熱流方向の高温側と低温側とに分かれて配置されている。
【0044】
このように第４実施形態の熱流スイッチング素子４１では、外周高熱伝導部４９が、上部断熱部４８及び下部断熱部４２よりも熱伝導性の高い材料で形成されているので、Ｎ型半導体層２３，絶縁体層２４及びＰ型半導体層２５の全体を熱流の経路としながら、熱伝導率の変化しない上部断熱部４８及び下部断熱部４２を経由して熱が流れることを抑制できるので、面内方向に熱スイッチ性を得ることができる。各層の外周にＮ側電極２６及びＰ側電極２７が配されている場合、熱伝導性の高い外周高熱伝導部４９によりＮ側電極２６やＰ側電極２７をカバーすることで、この外周高熱伝導部４９を介して高温側及び低温側と容易に熱接触させることが可能となり、高温側及び低温側の接触熱抵抗を低減することができる。
【0045】
次に、第５実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、各Ｎ型半導体層２３がＮ側連結部２３ａに接続され、Ｎ側連結部２３ａの一部にＮ側電極２６が形成されていると共に、各Ｐ型半導体層２５がＰ側連結部２５ａに接続され、Ｐ側連結部２５ａの一部にＰ側電極２７が形成されているのに対し、第５実施形態の熱流スイッチング素子５１では、図７に示すように、各Ｎ型半導体層２３の基端部が側部に形成されたＮ側電極５６に接続されていると共に、各Ｐ型半導体層２５の基端部が側部に形成されたＰ側電極５７に接続されている点である。
【0046】
第５実施形態では、Ｎ側電極５６の一部及びＰ側電極５７の一部にリード線２６ａ，２７ａが接続されている。
このように第５実施形態の熱流スイッチング素子５１では、各Ｎ型半導体層２３の基端部にＮ側電極５６が形成され、各Ｐ型半導体層２５の基端部にＰ側電極５７が形成されているので、例えば金属等の高い熱伝導性の材料でＮ側電極５６及びＰ側電極５７を形成した場合、側部に配された電極間の方向に熱スイッチ性を得ることができる。
また、電極が側部に配されているので、Ｎ側電極５６及びＰ側電極５７として熱伝導率の高い金属材料等を用いた場合は、第４実施形態のように、外周高熱伝導部４９を、上部断熱部４８及び下部断熱部４２よりも熱伝導性の高い材料で構成することで、内方向に熱スイッチ性を得ることができる。
このように第５実施形態の熱流スイッチング素子５１では、各Ｎ型半導体層２３の基端部にＮ側電極５６が形成され、各Ｐ型半導体層２５の基端部にＰ側電極５７が形成されているので、例えば金属等の高い熱伝導性の材料でＮ側電極５６及びＰ側電極５７を形成した場合、側部に配された電極間の方向に熱スイッチ性を得ることができる。
また、電極が側部に配されているので、Ｎ側電極５６及びＰ側電極５７として熱伝導率の高い金属材料等を用いた場合は、第４実施形態のように、外周高熱伝導部４９を、上部断熱部４８及び下部断熱部４２よりも熱伝導性の高い材料で構成することで、内方向に熱スイッチ性を得ることができる。
【実施例】
【0047】
＜実施例１＞
以下の材料を用いてＮ型半導体層上に、絶縁体層、Ｐ型半導体層及びＰ側電極を積層して本発明の実施例１とし、その熱伝導度の変化について測定した。
Ｎ型半導体層：Ｎ型半導体のＳｉ基板（厚さ０．５ｍｍ）
絶縁体層：ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）
Ｐ型半導体層：Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ４０ｎｍ）
Ｐ側電極：Ｍｏ（厚さ１００ｎｍ）
以下の材料を用いてＮ型半導体層上に、絶縁体層、Ｐ型半導体層及びＰ側電極を積層して本発明の実施例１とし、その熱伝導度の変化について測定した。
Ｎ型半導体層：Ｎ型半導体のＳｉ基板（厚さ０．５ｍｍ）
絶縁体層：ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）
Ｐ型半導体層：Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ４０ｎｍ）
Ｐ側電極：Ｍｏ（厚さ１００ｎｍ）
【0048】
なお、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）及びＳｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ４０ｎｍ）は、それぞれ単膜にて熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ未満であることは確認済みである。
また、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）は、ＲＦスパッタ法で成膜し、Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ４０ｎｍ）は、ＭＢＥ法で成膜した。
上記Ｎ型半導体のＳｉ基板とＰ側電極のＭｏとにＡｕ線を接続し、電圧を印加した。また、測定は、室温で行った。
上記測定について、電圧に対する熱浸透率と電圧印加後の熱伝導率の上昇率を以下の表１及び図８に示す。
また、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）は、ＲＦスパッタ法で成膜し、Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ４０ｎｍ）は、ＭＢＥ法で成膜した。
上記Ｎ型半導体のＳｉ基板とＰ側電極のＭｏとにＡｕ線を接続し、電圧を印加した。また、測定は、室温で行った。
上記測定について、電圧に対する熱浸透率と電圧印加後の熱伝導率の上昇率を以下の表１及び図８に示す。
【0049】
【表1】
【0050】
＜実施例２＞
以下の材料を用いて基材上にＮ型半導体層、絶縁体層、Ｐ型半導体層及びＰ側電極を積層して本発明の実施例２とし、その熱伝導性の変化について測定した。
基材：ガラス基板（厚さ０．５ｍｍ）
Ｎ型半導体層：Ｓｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８（厚さ４０ｎｍ）
絶縁体層：ＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）
Ｐ型半導体層：Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ２０ｎｍ）
Ｐ側電極：Ｍｏ（厚さ１００ｎｍ）
以下の材料を用いて基材上にＮ型半導体層、絶縁体層、Ｐ型半導体層及びＰ側電極を積層して本発明の実施例２とし、その熱伝導性の変化について測定した。
基材：ガラス基板（厚さ０．５ｍｍ）
Ｎ型半導体層：Ｓｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８（厚さ４０ｎｍ）
絶縁体層：ＳｉＯ２（厚さ３０ｎｍ）
Ｐ型半導体層：Ｓｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ２０ｎｍ）
Ｐ側電極：Ｍｏ（厚さ１００ｎｍ）
【0051】
なお、Ｓｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８（厚さ４０ｎｍ）、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）及びＳｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ２０ｎｍ）は、それぞれ単膜にて熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ未満であることは確認済みである。
また、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）は、ＲＦスパッタ法で成膜し、Ｓｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８（厚さ４０ｎｍ）及びＳｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ２０ｎｍ）は、ＭＢＥ法で成膜した。
上記Ｎ型半導体のＳｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８とＰ側電極のＭｏとにＡｕ線を接続し、電圧を印加した。また、測定は、室温で行った。
上記測定について、電圧に対する熱浸透率と電圧印加後の熱伝導率の上昇率を以下の表２及び図９に示す。
また、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）は、ＲＦスパッタ法で成膜し、Ｓｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８（厚さ４０ｎｍ）及びＳｉ０．３７５Ｇｅ０．５７５Ａｕ０．０５（厚さ２０ｎｍ）は、ＭＢＥ法で成膜した。
上記Ｎ型半導体のＳｉ０．３６Ｇｅ０．５６Ｐ０．０８とＰ側電極のＭｏとにＡｕ線を接続し、電圧を印加した。また、測定は、室温で行った。
上記測定について、電圧に対する熱浸透率と電圧印加後の熱伝導率の上昇率を以下の表２及び図９に示す。
【0052】
【表2】
【0053】
なお、熱浸透率は、パルス光加熱サーモリフレクタンス法のＦＦ方式（表面加熱／表面測温）にて測定した（測定装置：ピコサーム社PicoTR）。
熱伝導率は、以下の式により熱浸透率から計算される。
熱伝導率ｋ＝（熱浸透率ｂ）２／体積熱容量
＝（熱浸透率ｂ）２／（比熱×密度）
熱伝導率は、以下の式により熱浸透率から計算される。
熱伝導率ｋ＝（熱浸透率ｂ）２／体積熱容量
＝（熱浸透率ｂ）２／（比熱×密度）
【0054】
したがって、電圧印加後の熱伝導率の上昇率Δｋは、以下の式にて評価される。
Δｋ＝ｋ（Ｖ）／ｋ（０）－１
Δｋ＝ｂ（Ｖ）２／ｂ（０）２－１
ｋ（Ｖ）：電圧印加時の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
ｋ（０）：電圧印加なしの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
ｂ（Ｖ）：電圧印加時の熱浸透率（Ｗ／ｓ０．５ｍ２Ｋ）
ｂ（０）：電圧印加なしの熱浸透率（Ｗ／ｓ０．５ｍ２Ｋ）
Δｋ＝ｋ（Ｖ）／ｋ（０）－１
Δｋ＝ｂ（Ｖ）２／ｂ（０）２－１
ｋ（Ｖ）：電圧印加時の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
ｋ（０）：電圧印加なしの熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）
ｂ（Ｖ）：電圧印加時の熱浸透率（Ｗ／ｓ０．５ｍ２Ｋ）
ｂ（０）：電圧印加なしの熱浸透率（Ｗ／ｓ０．５ｍ２Ｋ）
【0055】
上記パルス光加熱サーモリフレクタンス法（ＦＦ法）による測定は、Ｐ側電極のＭｏ膜側から、パルスレーザーで瞬間的に素子を加熱し、薄膜内部への熱拡散による表面温度の低下速度を測定することで、薄膜の熱浸透率が計測される。
この熱浸透率が大きい、すなわち熱伝導率が大きいと熱の伝わり方が大きくなり、温度の低下する時間が速くなる。
なお、図８及び図９は、表面温度の時間依存性を示すものであり、縦軸の表面温度は、パルスレーザーで加熱したときの最大温度にて規格化（最大１）されている。
この熱浸透率が大きい、すなわち熱伝導率が大きいと熱の伝わり方が大きくなり、温度の低下する時間が速くなる。
なお、図８及び図９は、表面温度の時間依存性を示すものであり、縦軸の表面温度は、パルスレーザーで加熱したときの最大温度にて規格化（最大１）されている。
【0056】
これら測定の結果、上記実施例１及び２の両方とも、印加する電圧を上げる程、熱浸透率が高くなると共に電圧印加後の熱伝導率の上昇率も高くなることが確認された。
すなわち、図８及び図９の結果より、電圧印加時の方が、表面温度の低下スピードが速く、電圧が印加されていない時と比べて、熱浸透率が大きく、すなわち熱伝導率が大きくなっていることがわかる。絶縁体層を有しているので、電圧印加に伴うジュール熱は生じず、自己発熱することなく、物理的、かつ、能動的に、熱伝導度を制御可能であることが確認された。
すなわち、図８及び図９の結果より、電圧印加時の方が、表面温度の低下スピードが速く、電圧が印加されていない時と比べて、熱浸透率が大きく、すなわち熱伝導率が大きくなっていることがわかる。絶縁体層を有しているので、電圧印加に伴うジュール熱は生じず、自己発熱することなく、物理的、かつ、能動的に、熱伝導度を制御可能であることが確認された。
【0057】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0058】
１，２１，３１，４１，５１…熱流スイッチング素子、３，２３…Ｎ型半導体層、４，２４…絶縁体層、５，２５…Ｐ型半導体層、６，２６，５６…Ｎ側電極、７，２７，５７…Ｐ側電極、３２…下部高熱伝導部、４２…下部断熱部、３８…上部高熱伝導部、４８…上部断熱部、３９…外周断熱部、４９…外周高熱伝導部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
