熱電變換裝置以及熱電變換裝置的制造方法與流程
本發(fā)明涉及利用塞貝克效應(yīng)進(jìn)行熱電發(fā)電或者利用珀爾帖效應(yīng)使溫度差產(chǎn)生的熱電變換裝置以及熱電變換裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
已知隔著電極交替地配置設(shè)計有柱狀的p型熱電元件和n型熱電元件的熱電變換裝置(所謂的散裝型的熱電變換裝置)。在輸入輸出到熱電變換裝置的熱量大的情況下，存在起因于熱電元件與電極的線膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，由于該熱應(yīng)力而熱電元件受到損傷的擔(dān)心。
因此，在例如專利文獻(xiàn)1(圖4)所公開的散裝型的熱電變換裝置中，在連接p型熱電元件和n型熱電元件的電極中設(shè)置有切口，通過電極的撓曲吸收產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
專利文獻(xiàn)1：日本特開平10-321920號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素：
但是，在專利文獻(xiàn)1所公開的熱電變換裝置的情況下，存在以下那樣的問題。第一、散裝型(bulk type)的熱電變換裝置需要排列單獨地制造的熱電元件來制造，所以不適合于大量生產(chǎn)。
第二、存在起因于p型熱電元件與n型熱電元件的線膨脹系數(shù)之差，在高溫側(cè)(散熱側(cè))、低溫側(cè)(吸熱側(cè))的接觸點處，線膨脹系數(shù)小的一方的熱電元件的接觸面積變小的擔(dān)心。此時，在進(jìn)行例如熱電發(fā)電的情況下，熱不充分地傳遞到該熱電元件，發(fā)電效率大幅下降。為了抑制該第二個問題，還考慮將熱電元件按壓于接觸點而保持接觸面積，但如果在該狀態(tài)下使裝置動作，則存在熱電元件受到損傷的擔(dān)心。
本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而完成的，其目的在于提供能夠以低成本制造的可靠性高的熱電變換裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第1方式涉及的熱電變換裝置具有：
基板，具有高度相互不同的第1區(qū)域以及第2區(qū)域；以及
熱電元件，具有與第1區(qū)域相接的高溫側(cè)端部以及與第2區(qū)域相接的低溫側(cè)端部。
熱電元件具有在第1區(qū)域與第2區(qū)域之間的空間架設(shè)的橋部。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
基板具有平坦部以及凹部，
第1區(qū)域以及第2區(qū)域的一方設(shè)置于平坦部，第1區(qū)域以及第2區(qū)域的另一方設(shè)置于凹部的底面。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電元件的高溫側(cè)端部以及低溫側(cè)端部的一方與具有與該熱電元件不同的導(dǎo)電類型的其它熱電元件相接，
熱電元件的高溫側(cè)端部以及低溫側(cè)端部的另一方與導(dǎo)體相接。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
基板是具有兩個硅層、和該兩個硅層之間的絕緣體層的絕緣體上硅基板，
兩個硅層的上表面具有相互不同的結(jié)晶方位。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電變換裝置在連接于引擎的排氣管的高溫配管與冷卻液流通的低溫配管之間設(shè)置。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電元件包括p型的熱電材料或者n型的熱電材料，
所述p型的熱電材料從包括1)對Mg2Si摻雜Ag而得到的材料、2)對β-FeSi2摻雜Mn或者Al而得到的材料、3)MnSi2、4)FeSb系列材料以及5)PbTe系列材料的群選擇，
所述n型的熱電材料從包括1)對Mg2Si摻雜Al、Sb或者Bi而得到的材料、2)對β-FeSi2摻雜Co、Ni或者B而得到的材料、3)CoSi2、4)CoSb系列材料以及5)PbTe系列材料的群選擇。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電元件包含摻雜有Al或者In2O3的ZnO等在高溫下穩(wěn)定的氧化物。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
在熱電元件的橋部形成有切口。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電元件的橋部在俯視時蜿蜒地延伸。
在本發(fā)明的第1方式中，優(yōu)選為：
熱電元件具有形成于橋部的拐折部，或者橋部具有彎曲形狀。
另外，本發(fā)明的第2方式涉及的熱電變換裝置的制造方法包括：
準(zhǔn)備基板的工序；
對基板進(jìn)行各向異性蝕刻的工序；
使熱電材料沉積在基板之上的工序；以及
對基板進(jìn)行各向同性蝕刻而形成凹部，由此在該凹部內(nèi)的空間架設(shè)熱電材料的工序。
根據(jù)本發(fā)明，通過在第1區(qū)域與第2區(qū)域之間的空間架設(shè)熱電元件的橋部，從而在對熱電元件施加熱應(yīng)力的情況下，通過該空間內(nèi)的熱電元件的撓曲而吸收熱應(yīng)力。由此，能夠特別使施加到熱電元件的高溫側(cè)端部和低溫側(cè)端部的熱應(yīng)力下降。另外，該熱電變換裝置能夠使用生產(chǎn)率高的照相制版(光刻)技術(shù)來制造。這樣，能夠提供能夠以低成本制造的可靠性高的熱電變換裝置。
附圖說明
圖1是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖。
圖2是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的1個單元的立體圖。
圖3是示出在受到熱應(yīng)力時熱電元件撓曲的情況的、與圖1對應(yīng)的剖面圖。
圖4是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的整體構(gòu)造的一個例子的立體圖。
圖5是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的制造工序S1～S4的剖面圖。
圖6是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的制造工序S5～S8的剖面圖。
圖7是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的制造工序S9～S12的剖面圖。
圖8是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的制造工序S13～S15的剖面圖。
圖9是示出本發(fā)明的實施方式2的熱電變換裝置的1個單元的立體圖。
圖10是示出本發(fā)明的實施方式3的熱電變換裝置的一部分的剖面圖。
圖11是示出排氣再循環(huán)裝置的框圖。
圖12是示出裝配前的EGR冷卻器的立體圖。
圖13是示出裝配后的EGR冷卻器的立體圖。
圖14是示出圖13的EGR冷卻器的變形例的立體圖。
圖15是將圖14的EGR冷卻器以安裝于EGR閥的狀態(tài)示出的立體圖。
圖16是示出本發(fā)明的實施方式5的熱電變換裝置的1個單元的立體圖。
圖17是示出本發(fā)明的實施方式6的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖。
圖18是示出本發(fā)明的實施方式6的熱電變換裝置的制造工序S26～S29的剖面圖。
圖19是示出本發(fā)明的實施方式6的熱電變換裝置的制造工序S30～S33的剖面圖。
圖20是示出本發(fā)明的實施方式6的熱電變換裝置的制造工序S34～S37的剖面圖。
圖21是示出本發(fā)明的實施方式7的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖。
符號說明
1：金屬箔；2：下側(cè)絕緣膜；3：Si層；4：上側(cè)絕緣膜；5：凹部；6：平坦部；10：基板；11、12(21、22)：熱電元件；13：電極；30：蓋部件；43：貫通孔；45：凹槽；51：Si(110)層；52：氧化膜；53：Si(100)層；54：絕緣膜；62：布線部件；70：引擎；71：吸氣管；72：排氣管；80：EGR冷卻器；90：EGR閥；100：熱電變換裝置(1個單元)；200：熱電變換裝置；210：布線；300：熱電變換模塊。
具體實施方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的實施方式的熱電變換裝置。在各圖中，對同一或者同樣的結(jié)構(gòu)部分附加相同的符號。另外，表示方向的用語“上”、“下”等是為了方便確定附圖中的方向，并不是限定使用裝置的設(shè)置方向等的用語。另外，在各實施方式中，關(guān)于與先前的實施方式重復(fù)的說明，省略說明。
在本說明書中，將在熱電變換裝置內(nèi)使用的熱電材料稱為熱電元件(熱電變換元件)。
實施方式1.
圖1、圖2分別是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖、立體圖。圖1是在圖中的箭頭的方向(+y方向)觀察圖2的A-A線處的剖切面的剖面圖。以下，將圖中的+z方向稱為上側(cè)，將-z方向稱為下側(cè)。
附加符號100而示出的熱電變換裝置的1個單元具備基板10、設(shè)置在基板10之上的兩個熱電元件11、12、以及分別電連接于兩個熱電元件11、12的電極13a、13b等。
如圖1所示，在電極13之上設(shè)置蓋部件(金屬箔)30，而在圖2中將其省略。另外，如圖2所示，在制造過程中，貫通孔43形成于熱電元件11、12，但在圖1中將其省略。
在基板10中，從下側(cè)起，層疊有金屬箔1、下側(cè)絕緣膜2、Si層(硅層)3以及上側(cè)絕緣膜4。下側(cè)絕緣膜2和上側(cè)絕緣膜4也可以是SiO2膜。Si層3被配置成其上表面成為(100)面。在基板10形成有凹部5。凹部5在從上側(cè)觀察時是圓形，但也可以是四邊形等其它形狀。在凹部5的底面，露出絕緣膜2的上表面。以下，將在基板10的上表面未形成凹部5的部分稱為平坦部6。
兩個熱電元件11、12的一方是包含p型的熱電材料的p型熱電元件，另一方是包含n型的熱電材料的n型熱電元件。
作為p型的熱電材料，使用p型半導(dǎo)體材料，該p型半導(dǎo)體材料是例如1)對Mg2Si摻雜Ag而得到的材料、2)對β-FeSi2摻雜Mn、Al而得到的材料、3)MnSi2、4)FeSb系列材料(LaFe4Sb12、CeFe4Sb12、YbFe4Sb12等)、5)對PbTe系列材料摻雜Na、K、Ag等而得到的材料等。
作為n型的熱電材料，使用n型半導(dǎo)體材料，該n型半導(dǎo)體材料是例如1)對Mg2Si摻雜Al、Sb、Bi等而得到的材料、2)對β-FeSi2摻雜Co、Ni、B等而得到的材料、3)CoSi2、4)CoSb系列材料(LaCo4Sb12、CeCo4Sb12、YbCo4Sb12等)、5)對PbTe系列材料摻雜PbI2等而得到的材料等。另外，作為n型的熱電材料，考慮高溫下的穩(wěn)定性高這樣的優(yōu)點，也可以使用摻雜有Al或者In2O3的ZnO等氧化物材料。
如圖1所示，熱電元件11具有在平坦部6與凹部5的底面之間的空間架設(shè)的橋部11a，由此在凹部5內(nèi)中空地支承。另外，熱電元件11具有：下端部11b，在凹部5的底面被下側(cè)絕緣膜2支承；以及上端部11c，以從基板10向凹部5的內(nèi)側(cè)伸出的狀態(tài)被該基板10(上側(cè)絕緣膜4)支承。下端部11b和上端部11c通過橋部11a連接。熱電元件12也同樣地具有橋部12a、下端部12b以及上端部12c。
如圖3所示，熱電元件11、12在受到熱應(yīng)力(壓縮應(yīng)力)時能夠在凹部5內(nèi)自由地?fù)锨?。因此，熱電元?1、12優(yōu)選具有能夠自由地?fù)锨暮穸?例如0.2微米至幾微米左右)的薄膜。
此處，圖4是示出本發(fā)明的實施方式1的熱電變換裝置的整體構(gòu)造的一個例子的立體圖。
在附加符號200而示出的熱電變換裝置的整體構(gòu)造中，串聯(lián)地連接多個圖2所示的單元100(在圖4中用虛線部表示的)的熱電元件11、12。在圖4中在x方向連續(xù)的單元100的熱電元件11、12(21、22)具有如圖1、圖2所示相互相對的配置。另外，將熱電元件21、22設(shè)為設(shè)置于與設(shè)置有熱電元件11、12的熱電變換裝置的單元鄰接的單元的熱電元件。熱電元件21、22分別具有與熱電元件11、12相同的導(dǎo)電類型。另一方面，在圖4中將它們在y方向連接的單元的熱電元件11、12是從上述相互相對的配置相互錯開90度地配置的。
在熱電變換裝置200中，金屬箔1和蓋部件30(在圖4中未圖示)的一方與高溫源相接，另一方與低溫源相接，在熱電元件11、12(21、22)的兩端(高溫側(cè)端部與低溫側(cè)端部)之間產(chǎn)生電位差。另外，多個單元100的熱電元件也可以相互并聯(lián)地連接。
返回到圖1，在1個單元100中，熱電元件11、12的下端部11b、12b相互在凹部5的底面重疊而形成pn結(jié)。熱電元件11、12的上端部11c、12c在平坦部6，與鄰接的單元的熱電元件21、22重疊。如上所述，重疊的兩個熱電元件具有相互不同的導(dǎo)電類型。即，如果一方是p型熱電元件，則另一方是n型熱電元件，其反過來也是同樣的。這樣，在熱電變換裝置200中，交替連接p型熱電元件和n型熱電元件。單憑此，在熱電變換裝置200整體就不流過電流。
因此，在平坦部6以與重疊的兩個熱電元件11、21(12、22)中的任意個都相接的方式設(shè)置有電極13(13a、13b)。其結(jié)果，經(jīng)由電極13和pn結(jié)而流過電流。此時，電極13無需一定設(shè)置于平坦部6，也可以設(shè)置成與凹部5的底面的熱電元件11、21相接。
接下來，使用圖5至圖8，說明熱電變換裝置的例示性的制造方法。以下，有時將抗蝕劑涂敷、構(gòu)圖、蝕刻(離子束蝕刻)、抗蝕劑去除一并地稱為刻蝕工序。
使用圖5，說明工序S1至S4。
(S1)在Si層3的下表面設(shè)置下側(cè)絕緣膜2。
(S2)對下側(cè)絕緣膜2的下表面接合金屬箔1。
(S3)使Si層3的上表面氧化而形成SiO2膜41。
(S4)在SiO2膜41之上涂敷抗蝕劑42，進(jìn)行構(gòu)圖(曝光、顯影)。
使用圖6，說明工序S5至S8。
(S5)使用HF去除SiO2膜41的一部分。
(S6)使用丙酮去除抗蝕劑42。
(S7)針對Si層3進(jìn)行使用KOH的各向異性蝕刻，將下側(cè)絕緣膜2用作蝕刻阻擋膜而部分性地去除Si層3。由此，在Si層3形成具有傾斜側(cè)壁的凹槽45。
(S8)完全地去除SiO2膜41。
使用圖7，說明工序S9至S12。
(S9)使Si層3的表面氧化，形成上側(cè)絕緣膜(SiO2膜)4。
(S10)通過PLD(Pulsed Laser Deposition：脈沖激光沉積)，使p型或者n型的熱電材料沉積0.2微米至幾微米左右。接下來，通過刻蝕工序，形成熱電元件11(21)。
(S11)使與在S10中沉積的熱電材料不同的導(dǎo)電類型的熱電材料沉積，與S10同樣地，通過刻蝕工序，形成熱電元件12(22)。
(S12)在熱電元件11、12(21、22)之上，使構(gòu)成電極13的導(dǎo)體(金屬)沉積。
使用圖8，說明工序S13至S15。
(S13)通過刻蝕工序，在熱電元件11、12中形成貫通孔43。
(S14)通過經(jīng)由貫通孔43向熱電材料的下方供給蝕刻液，從而對Si層3進(jìn)行各向同性蝕刻，去除凹槽45的傾斜側(cè)壁之下的Si層3和上側(cè)絕緣膜4。這樣，形成凹部5，在凹部5內(nèi)的空間架設(shè)熱電元件11、12的橋部11a、12a。蝕刻液能夠使用對氫氟酸適量地添加硝酸等而得到的氟硝酸系列的混合酸。
(S15)接合蓋部件30。
在工序S7中，也可以使用其它堿性蝕刻液來進(jìn)行各向異性蝕刻。也可以在工序S10、11中，通過濺射進(jìn)行熱電材料的沉積。
這樣，能夠使用生產(chǎn)率高的光刻技術(shù)來制造裝置200。
另外，在本實施方式1的熱電變換裝置200中，利用橋部11a、12a的部分，在平坦部6與凹部5的底面之間的空間架設(shè)熱電元件11、12，由此在凹部5內(nèi)中空地支承。此時，即使兩個熱電元件11、12由于相互的線膨脹系數(shù)的差而膨脹，仍通過在上述空間內(nèi)撓曲而吸收熱應(yīng)力(參照圖3)。由此，無需增大加壓力，就能夠使施加到熱電元件11、12的端部(高溫側(cè)端部、低溫側(cè)端部)的熱應(yīng)力下降，抑制該端部的變形而維持發(fā)電效率。另外，在金屬箔1、蓋部件(金屬箔)30中不產(chǎn)生變形，所以能夠在發(fā)電時良好地傳導(dǎo)熱量。
這樣，實現(xiàn)熱電變換裝置200的高的可靠性。
但是，在一般使用光刻技術(shù)而制造出的薄膜狀的熱電元件的情況下，熱電元件的厚度相對熱電變換裝置的厚度(z方向)的比例變小，施加到熱電元件的溫度差變小而發(fā)電量變小。
另一方面，在本實施方式1的熱電變換裝置200中，起因于熱電元件11、12的形狀，熱電元件11、12的高度相對裝置200的厚度的比例變大。由此，能夠增大施加到熱電元件11、12的溫度差來增大發(fā)電量。
另外，如從圖1可知，熱電元件11、12在高溫側(cè)(散熱側(cè))、低溫側(cè)(吸熱側(cè))這兩個接觸點處相互在寬的范圍重疊，能夠充分地增強(qiáng)接觸點的強(qiáng)度。另外，與熱電元件具有柱狀構(gòu)造且不相互重疊的散裝型的熱電變換裝置相比，與高溫部、低溫部(在本實施方式1中蓋部件30或者下側(cè)絕緣膜2)的接合面積小，所以在熱電元件中傳遞的熱的損失變小。由此，能夠增大熱電變換裝置200的發(fā)電量。
實施方式2.
圖9是示出本發(fā)明的實施方式2的熱電變換裝置的1個單元的立體圖。
在實施方式1中，使用p型熱電元件和n型熱電元件這兩方，但在本實施方式2中，是使用p型熱電元件和n型熱電元件中的任意一方的單極構(gòu)造。
在本實施方式2中，代替熱電元件12而設(shè)置布線部件62。布線部件62包含鋁等導(dǎo)體。因此，即使不設(shè)置電極13，仍在熱電變換裝置200整體中流過電流。另外，在本實施方式2中，在圖7的工序S11中代替熱電材料而使導(dǎo)體沉積。
根據(jù)本實施方式2，除了發(fā)電量比實施方式1小之外，能夠得到與實施方式1同樣的效果。
實施方式3.
圖10是示出本發(fā)明的實施方式3的熱電變換裝置的一部分的剖面圖。
本實施方式3中，作為基板，使用SOI(絕緣體上硅)基板60。在SOI基板60，隔著氧化膜(絕緣膜)52將兩個Si層51、53粘在一起。兩個Si層51、53的上表面具有相互不同的結(jié)晶方位。具體而言，Si層51的上表面是(110)面，Si層53的上表面是(100)面。
說明本實施方式3的熱電變換裝置200的制造方法。
與實施方式1同樣地，在對Si(100)層53進(jìn)行各向異性蝕刻之后，在絕緣膜54之上形成熱電元件11、12。接下來，通過干蝕刻，形成從Si(110)層51的下表面達(dá)至Si(100)層53的開口部56。接下來，利用硅的(110)面與(100)面的蝕刻速度之差，在Si(100)層53形成中空構(gòu)造。
根據(jù)本實施方式3，能夠得到與實施方式1同樣的效果。
實施方式4.
圖11是示出排氣再循環(huán)裝置的框圖。
在一部分汽車中，以使排氣清潔化為目的或者以使燃油效率提高為目的，搭載有如圖11那樣的排氣再循環(huán)(EGR：Exhaust Gas Recirculation)裝置。在本實施方式4中，熱電變換裝置200被嵌入于該排氣再循環(huán)裝置。
EGR裝置使從引擎70的排氣管72出來的排氣的一部分經(jīng)由排氣環(huán)流通路再循環(huán)到吸氣管71。關(guān)于再循環(huán)的排氣的量，根據(jù)行駛狀況等，通過ECU(引擎控制單元)91來決定，通過EGR閥90來調(diào)節(jié)。
在排氣環(huán)流通路上，設(shè)置有EGR冷卻器80。圖12、圖13分別示出了裝配前、裝配后的EGR冷卻器80。在EGR冷卻器80中，熱電變換模塊300夾在高溫配管81與低溫配管82之間。高溫配管81與排氣管72連接，流過高溫的排氣。在低溫配管82中，流過從散熱器供給的冷卻水(冷卻液)。
在熱電變換模塊300中，將串聯(lián)地連接3個熱電變換裝置200的結(jié)構(gòu)設(shè)置3列。各熱電變換裝置200的蓋部件30和金屬箔1接合于高溫配管81和低溫配管82中的任意一方。各熱電變換裝置200相互通過布線210連接。根據(jù)用途，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定熱電變換裝置200的連接方法(串聯(lián)、并聯(lián))和個數(shù)，不限于圖示的結(jié)構(gòu)。
另外，為了增大所得到的電力，也可以如圖14所示，在高溫配管81的兩面設(shè)置低溫配管82、83和熱電變換模塊300。在圖14中，也可以調(diào)換高溫配管81和低溫配管82(83)。在圖15中，將圖14的EGR冷卻器80以安裝于EGR閥90的狀態(tài)示出。
通過利用熱電變換模塊300，從而能夠從此前在排氣再循環(huán)裝置中未利用的廢熱能取出電能，所以汽車的交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī))的負(fù)荷降低，進(jìn)而燃油效率提高。
實施方式5.
圖16是示出本發(fā)明的實施方式5的熱電變換裝置的1個單元的立體圖。圖16對應(yīng)于圖2。
在本實施方式5中，在附加符號500而示出的熱電變換裝置的1個單元中，在熱電元件11的橋部11a的兩個部位形成有切口11d，在俯視橋部11a時、即從z方向觀察橋部11a時，橋部11a蜿蜒地延伸。由此，在熱電元件11受到熱應(yīng)力(壓縮應(yīng)力)時，在橋部11a的部分中變得容易撓曲。同樣地，關(guān)于熱電元件12，也在橋部12a中形成有切口12d。此處，切口11d、12d不僅包括熱電元件11、12的厚度方向(z方向)全部切掉的構(gòu)造，而且還包括僅其一部分切掉的構(gòu)造。另外，切口11d、12d的數(shù)量無需分別是兩個，只要是1個以上即可。
根據(jù)本實施方式5，特別在對熱電元件11、12施加大的溫度差的情況下，它們的線膨脹系數(shù)的差所引起的伸展容易被橋部11a、12a的撓曲吸收，由此能夠使熱電變換裝置的可靠性進(jìn)一步提高。
實施方式6.
圖17是示出本發(fā)明的實施方式6的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖。圖17對應(yīng)于圖1。
在本實施方式6中，在附加符號600而示出的熱電變換裝置的1個單元中，在熱電元件111、112的橋部111a、112a中設(shè)置拐折部111d、112d，由此該橋部形成為階梯狀。另外，將在圖17中圖示的熱電元件121、122設(shè)為設(shè)置于與設(shè)置有熱電元件111、112的熱電變換裝置的單元鄰接的單元的熱電元件。
使用圖18至圖20，說明本實施方式6的熱電變換裝置的例示性的制造方法。首先，實施與使用圖5、圖6說明的工序S1～S6對應(yīng)的工序S21～S26，得到在圖18的最上方圖示的構(gòu)造。
使用圖18，說明工序S27至S29。
(S27)針對Si層3進(jìn)行使用KOH的各向異性蝕刻，部分性地去除Si層3。此時，并非如工序S7(圖6)那樣將下側(cè)絕緣膜2作為蝕刻阻擋膜，而是通過調(diào)節(jié)蝕刻液的濃度、組成、量來規(guī)定蝕刻深度，在Si層3形成具有圖示那樣的傾斜側(cè)壁和底面的第1凹槽95。
(S28)使在第1凹槽95的傾斜側(cè)壁和底面露出的Si層3的表面氧化，而在Si層3的表面共形地設(shè)置SiO2膜141。
(S29)通過刻蝕工序，去除SiO2膜141中的、第1凹槽95的底面的中央部分，形成用于在接下來的工序S30中進(jìn)行的蝕刻的掩模。
使用圖19，說明工序S30至S33。
(S30)針對Si層3進(jìn)行使用TMAH(四甲基氫氧化銨)的各向異性蝕刻。此時，將下側(cè)絕緣膜2用作蝕刻阻擋膜。由此，第1凹槽95的下方進(jìn)一步凹陷，形成具有階梯狀的傾斜側(cè)壁的第2凹槽96。
(S31)使在第2凹槽96的傾斜側(cè)壁露出的Si層3的表面氧化，在Si層3的表面共形地將SiO2膜141設(shè)置于整個面。
(S32)通過PLD，使p型或者n型的熱電材料沉積0.2微米至幾微米左右。接著，通過刻蝕工序，形成熱電元件111(121)。
(S33)使與在S32中沉積的熱電材料不同的導(dǎo)電類型的熱電材料沉積，與S32同樣地，通過刻蝕工序，形成熱電元件112(122)。
使用圖20，說明工序S34至S37。
(S34)在熱電元件111、112(121、121)之上，使構(gòu)成電極13的導(dǎo)體(金屬)沉積。
(S35)通過刻蝕工序在熱電元件111、112中形成貫通孔93。
(S36)通過經(jīng)由貫通孔93向熱電材料的下方供給蝕刻液，從而對Si層3進(jìn)行各向同性蝕刻，去除第2凹槽96的傾斜側(cè)壁下的Si層3和SiO2膜141。在本實施方式6中，SiO2膜141構(gòu)成上側(cè)絕緣膜4。這樣，形成凹部5，在凹部5內(nèi)的空間架設(shè)熱電元件111、112的橋部111a、112a。蝕刻液能夠使用對氫氟酸適量地添加硝酸等而得到的氟硝酸系列的混合酸。
(S37)接合蓋部件30。
根據(jù)本實施方式6，在對熱電元件111、112施加熱應(yīng)力時，其撓曲方向被規(guī)定，由此來自熱電變換裝置或者熱電變換模塊的輸出中的偏差降低，進(jìn)而能夠使熱電變換裝置的可靠性進(jìn)一步提高。
實施方式7.
圖21是示出本發(fā)明的實施方式7的熱電變換裝置的1個單元的剖面圖。圖21對應(yīng)于圖1、圖17。
在本實施方式7中，在附加符號700而示出的熱電變換裝置的1個單元中，熱電元件211、212的橋部211a、212a具有平滑地彎曲的形狀。該彎曲形狀能夠通過在使用圖7來說明的工序S10、S11中以使施加到熱電元件的膜應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力的方式控制PLD條件(氣氛氣體的壓力、基板溫度、照射的激光的強(qiáng)度、脈沖的頻率等)來實現(xiàn)。如果施加到熱電元件的膜應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力，則在使用圖8說明的工序S14中蝕刻Si層3時，熱電元件形成為圖示那樣的彎曲形狀。
根據(jù)本實施方式7，在對熱電元件211、212施加熱應(yīng)力時，其撓曲方向被規(guī)定，由此來自熱電變換裝置或者熱電變換模塊的輸出中的偏差降低，進(jìn)而能夠使熱電變換裝置的可靠性進(jìn)一步提高。
另外，當(dāng)在上述工序S10、S11中通過濺射進(jìn)行熱電材料的沉積的情況下，通過控制濺射條件(濺射氣體的壓力、制膜溫度等)，能夠使施加到熱電元件211、212的膜應(yīng)力成為壓縮應(yīng)力。
以上，舉出上述實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實施方式。另外，關(guān)于各實施方式的內(nèi)容，也可以自由地組合或者變形、省略。例如，熱電變換裝置200作為利用塞貝克效應(yīng)進(jìn)行熱電發(fā)電的裝置進(jìn)行動作，但也可以作為利用珀爾帖效應(yīng)使溫度差產(chǎn)生的裝置進(jìn)行動作。另外，基板的平坦部和凹部是“高度相互不同的第1區(qū)域以及第2區(qū)域”的一個例子，也可以在基板形成狹縫來代替形成凹部。
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