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公開番号2025129696
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024026511
出願日2024-02-26
発明の名称熱電変換材料、熱電変換素子、熱電変換モジュール、光センサおよび熱電変換材料の製造方法
出願人住友電気工業株式会社,学校法人トヨタ学園
代理人個人,個人
主分類H10N 10/855 20230101AFI20250829BHJP()
要約【課題】熱電変換の効率を向上させることができる熱電変換材料を提供する。
【解決手段】熱電変換材料は、鉄と、バナジウムと、アルミニウムと、を母材料として含む。熱電変換材料は、さらに酸素を含む。一次イオンとしてBi₃ ⁺⁺を用い、スパッタイオンとしてアルゴンを用い、表面から100nmをスパッタして測定した飛行時間型二次イオン質量分析により、質量数67の正イオンであるバナジウム-酸素結合の信号強度が、質量数27の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対して5.2%以上である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
鉄と、バナジウムと、アルミニウムと、を母材料として含み、
さらに酸素を含み、
一次イオンとしてＢｉ
３
＋＋
を用い、スパッタイオンとしてアルゴンを用い、表面から１００ｎｍをスパッタして測定した飛行時間型二次イオン質量分析により、質量数６７の正イオンであるバナジウム－酸素結合の信号強度が、質量数２７の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対して５．２％以上である、熱電変換材料。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
鉄と、バナジウムと、アルミニウムと、を母材料として含み、
さらに酸素を含み、
一次イオンとしてＢｉ
３
＋＋
を用い、スパッタイオンとしてアルゴンを用い、表面から１００ｎｍをスパッタして測定した飛行時間型二次イオン質量分析により、質量数４３の負イオンであるアルミニウム－酸素結合の信号強度が、質量数１６の負イオンである酸素の信号強度に対して２６．１％以下である、熱電変換材料。
【請求項３】
鉄と、バナジウムと、アルミニウムと、を母材料として含み、
さらに酸素を含み、
一次イオンとしてＢｉ
３
＋＋
を用い、スパッタイオンとしてアルゴンを用い、表面から１００ｎｍをスパッタして測定した飛行時間型二次イオン質量分析により、質量数１２３の正イオンである酸素－鉄－アルミニウム結合の信号強度が、質量数２７の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対して０．６７％以上である、熱電変換材料。
【請求項４】
さらにタングステンを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電変換材料。
【請求項５】
前記母材料は、アモルファス相を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電変換材料。
【請求項６】
さらにシリコン基板を含み、
前記母材料は、前記シリコン基板上に配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電変換材料。
【請求項７】
熱電変換材料部と、
前記熱電変換材料部に接触して配置される第１電極と、
前記熱電変換材料部に接触し、前記第１電極と離れて配置される第２電極と、を備え、
前記熱電変換材料部を構成する材料は、導電型がｐ型またはｎ型である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱電変換材料である、熱電変換素子。
【請求項８】
請求項７に記載の熱電変換素子を含む、熱電変換モジュール。
【請求項９】
光エネルギーを吸収する吸収体と、
前記吸収体に接続される熱電変換材料部と、を備え、
前記熱電変換材料部を構成する材料は、導電型がｐ型またはｎ型である請求項１から３のいずれか１項に記載の熱電変換材料である、光センサ。
【請求項１０】
シリコン基板を準備する工程と、
鉄、バナジウム、アルミニウムのそれぞれの原材料を準備する工程と、
蒸着チャンバーの酸素濃度を１．０×１０
－１
Ｐａ以上１．０×１０
－３
Ｐａとし、前記シリコン基板を３００℃以上１０００℃以下の温度に維持した状態で、前記原材料を用いて前記シリコン基板上に蒸着により成膜を行う工程と、を含む、熱電変換材料の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、熱電変換材料、熱電変換素子、熱電変換モジュール、光センサおよび熱電変換材料の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ（鉄）－Ｖ（バナジウム）－Ａｌ（アルミニウム）系の熱電変換材料に関する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Ｂ．Ｈｉｎｔｅｒｌｅｉｔｎｅｒｅｔａｌ．、“Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｍｅｔａｓｔａｂｌｅｔｈｉｎ－ｆｉｌｍＨｅｕｓｌｅｒａｌｌｏｙ”、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．５７６，８５－９０（２０１９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱電変換材料は、温度差（熱エネルギー）を電気に変換する材料である。単位温度差あたりの発電量に相当するパワーファクター（以下、「ＰＦ」と略す場合もある。）は、以下の式（１）で示される。ここで、式（１）中において、Ｓはゼーベック係数であり、σは導電率である。
【０００５】
ＰＦ＝Ｓ
２
×σ・・・（１）
【０００６】
効率的な熱電変換を行うためには、ＰＦを増加させることが重要である。ＰＦを増加させることができれば、熱電変換の効率を向上させることができる。
【０００７】
そこで、熱電変換の効率を向上させることができる熱電変換材料を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に従った熱電変換材料は、鉄と、バナジウムと、アルミニウムと、を母材料として含む。熱電変換材料は、さらに酸素を含む。一次イオンとしてＢｉ
３
＋＋
を用い、スパッタイオンとしてアルゴンを用い、表面から１００ｎｍをスパッタして測定した飛行時間型二次イオン質量分析により、質量数６７の正イオンであるバナジウム－酸素結合の信号強度が、質量数２７の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対して５．２％以上である。
【発明の効果】
【０００９】
このような熱電変換材料において、熱電変換が効率される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施の形態１における熱電変換材料の一部の断面を示す模式図である。
図２は、実施の形態１における熱電変換材料の製造方法の代表的な工程を示すフローチャートである。
図３は、質量数２７の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対する質量数６７の正イオンであるバナジウム－酸素結合の信号強度の比率と、ＺＴの値との関係を示すグラフである。
図４は、質量数１６の負イオンである酸素の信号強度に対する質量数４３の負イオンであるアルミニウム－酸素結合の信号強度の比率と、ＺＴの値との関係を示すグラフである。
図５は、質量数２７の正イオンであるアルミニウムの信号強度に対する質量数１２３の正イオンである酸素－鉄－アルミニウム結合の信号強度の比率と、ＺＴの値との関係を示すグラフである。
図６は、熱電変換素子であるπ型熱電変換素子（発電素子）の構造を示す概略図である。
図７は、発電モジュールの構造の一例を示す図である。
図８は、赤外線センサの構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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