素材の多孔質化により熱伝導率の減少と熱電能の増加を図った熱電変換材料およびその製造方法/陽極反応のエッチングで素材の多孔質化を図る熱電変換材料およびその製造方法

開放特許情報番号
L2001001339 この特許の事業構築のヒントや可能性をご覧頂けます
開放特許情報登録日
2001/2/10
最新更新日
2015/8/12

基本情報

出願番号 特願平10-061500
出願日 1998/3/12
出願人 工業技術院長
公開番号 特開平11-317548
公開日 1999/11/16
登録番号 特許第2958451号
特許権者 国立研究開発法人産業技術総合研究所
発明の名称 熱電変換材料及びその製造方法
技術分野 電気・電子、金属材料、化学・薬品
機能 材料・素材の製造、環境・リサイクル対策、表面処理
適用製品 従来より1桁熱電性能指数の高い熱電変換材料を用いた熱電変換モジュール、熱電性能指数の高い熱電変換材料を用いた熱電変換装置、熱電性能指数の高い熱電変換材料を用いた電子冷却装置
目的 材料の多孔質化の概念を導入し、従来熱電材料として省みられなかった、無害なシリコン系基板において、熱電性能指数を1桁改善し、実用に共する。これにより、ゼーベック効果による熱電変換装置や、ペルチエ効果による電子冷却装置の高効率化を通じ、用途拡大を図り、環境公害の低減に結びつける。
効果 半導体内で電子とフォノンの平均自由行程と同程度か、それ以下の間隔で孤立分散した微細空孔を多数設けると、空孔内面に等価的に高密度の未結合手が多数形成され、キャリア中の低エネルギー電子とフォノンをトラップし、熱電能が増加する。また、素材空孔化は密度低減による軽量化と、抵抗率増加をもたらす。例えば、シリコンにボロンをドープした、P型シリコン基板では、空孔なしに比べ、熱電能は4.5倍、抵抗率は12.5倍、熱伝導率は0.18倍となり、従って、総合した熱電性能指数は9.1倍になり、安価なシリコン基板が使用出来る。
技術概要
熱電材料の熱電性能指数を改善するには、素材の熱電能を大きく、抵抗率および熱伝導率を小さくすれば良いが、従来の材料では、熱電能を大きくすると抵抗率も大きくなり、また抵抗率を小さくすると熱伝導率は大きくなる、など3つの要因を独立的に最大化する事は不可能で、このバランスの最適化に止まっていた。この発明は、熱電材料内に電子とフォノンの平均自由行程と同程度か、それ以下の20〜500Åの間隔で、独立分散したナノメータ径の微細空孔を無数に設ける構造を特徴とし、50%フッ酸溶液中の陽極酸化反応によるエッチングで、その製造を可能とする。多孔質化は、@素材密度の低下、即ち熱伝導率の低下、A空孔内面での低エネルギーキャリアーのトラップによる熱電能増加、B材料密度の低下による抵抗率増加をもたらすが、@、Aのプラス寄与率が、Bのマイナス寄与率を大きく上回るため、ボロンドープのP型シリコン基板で、空孔のない密なバルク材料の場合に比べ、約1桁の熱電性能指数改善を実現した。勿論、この技術は、従来から熱電材料として使われる、、Bi、Te、Sb、Seの合金系結晶材料や、Zn、Sb系や、Pb、Te系化合物材料にも適用出来る。
イメージ図
実施実績 【無】   
許諾実績 【無】   
特許権譲渡 【否】
特許権実施許諾 【可】

登録者情報

その他の情報

関連特許
国内 【無】
国外 【無】   
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