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THERMOELECTRIC POWER ENHANCEMENT METHOD AND THERMOELECTRIC POWER TESTING METHOD

Patent code P140010928
Posted date Aug 26, 2014
Application number P2012-196584
Publication number P2014-053432A
Patent number P6090975
Date of filing Sep 6, 2012
Date of publication of application Mar 20, 2014
Date of registration Feb 17, 2017
Inventor
  • (In Japanese)笹川 和彦
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人弘前大学
Title THERMOELECTRIC POWER ENHANCEMENT METHOD AND THERMOELECTRIC POWER TESTING METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric power enhancement method capable of enhancing power generation capacity of a thermoelectric semiconductor device, by confirming the fact that the stress state in a thermoelectric material changes by the presence or absence of a protective film due to introduction of EM, and affects the thermoelectric effect, in a semiconductor thin film.
SOLUTION: We found a fact that the thermoelectric power increases due to introduction of EM, when there is a polyimide protective film in a Bi-Sb-Te test piece 10 when compared with a case where there is no polyimide protective film. It is considered that the thermoelectric power increases due to the stress gradient in the test piece 10. In a thermoelectric semiconductor device 15 having a test piece 10 formed on an SiO2 coated substrate 11, and a polyimide protective coat 12 formed on the test piece 10, thermoelectric power of the thermoelectric semiconductor device 15 can be enhanced by conducting a predetermined high density current between one end side, i.e., the cathode side, of the test piece 10 and the other end side, i.e., the anode side, thereof, thereby introducing EM.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

熱電効果は熱的現象と電気的現象との相互作用であり、物体の両端に温度差のみを与えた時にこの両端で電位差が発生する現象、あるいはその逆現象のことである。熱電能(Thermoelectric Power、Thermopower)とは、この与えた温度差1度あたりで何ボルト発生するかを表した物性値である。従来、熱電発電、熱電冷却等の幅広い分野で熱電効果の応用が試みられている。一方、電子デバイスの微細な金属配線においては、高密度電子流による金属原子の拡散現象であるエレクトロマイグレーション(Electromigration : EM)の発生が知られている。これまで、金属薄膜、半導体薄膜に対して、熱電効果に対するEMの影響についての研究がなされてきた(金属薄膜に関しては非特許文献1参照、半導体薄膜に関しては非特許文献2参照)。金属配線において、EMの導入により保護膜の有無によって配線内部の応力状態が異なることが知られている(非特許文献3参照)。

非特許文献2によれば、保護膜のない半導体薄膜において、EMの導入によりSb(アンチモン)原子が移動し、熱電能が増加することが知られている。熱電効果は、EM導入前にSb原子が一様に分布している時も、両端に温度差を与えることにより電位差が発生する。EM導入後は、Sb原子の濃度に偏り、即ち濃度分布が生じるため、保護膜のない半導体薄膜の熱電能が増加したものと考えられている。

非特許文献3によれば、保護膜で被覆した金属配線において、EMの導入により配線内部に応力の分布が生じることが知られている。EMの導入により、いわゆるBlech効果(陽極側に原子が溜り、陰極側からは原子が流れ出るため、原子濃度の勾配が生じる)によって、応力の分布(応力勾配=原子濃度の勾配)が生じたものである。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、絶縁性基板上に形成された熱電半導体と、当該熱電半導体上に形成された保護被膜とを有する熱電半導体装置の熱電能向上方法および熱電能試験方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
絶縁性基板上に形成されたアンチモン(Sb)を材料として含む熱電半導体と、該熱電半導体上に形成された保護被膜とを有する熱電半導体装置の熱電能向上方法であって 前記熱電半導体の一端側を陰極側とし他の一端側を陽極側として所定の高密度電流を通電しエレクトロマイグレーションを導入することにより、熱電半導体装置の熱電能を向上させることを特徴とする熱電半導体装置の熱電能向上方法。

【請求項2】
 
請求項1記載の熱電半導体装置の熱電能向上方法において、前記絶縁性基板は二酸化シリコン(SiO2)被覆基板であり、前記熱電半導体はビスマス-アンチモン-テルリウム(Bi-Sb-Te)薄膜であり、前記保護被膜はポリイミド保護被膜であることを特徴とする熱電半導体装置の熱電能向上方法。

【請求項3】
 
絶縁性基板上に形成されたビスマス-アンチモン-テルリウム(Bi-Sb-Te)薄膜と、該Bi-Sb-Te薄膜上に形成された保護被膜とを有する熱電半導体装置の熱電能試験方法であって、
前記熱電半導体の引き出し電極間に所定の温度差を与える温度差付与ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間の熱起電力を測定する熱起電力測定ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間の温度差を測定する温度差測定ステップと、
前記熱起電力測定ステップで測定された熱起電力と前記温度差測定ステップで測定された温度差とに基づき、熱電能を求める熱電能取得ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間に温度差を与えずに、該熱電半導体の一端側を陰極側とし他の一端側を陽極側として所定の高密度電流を通電してエレクトロマイグレーションを導入するエレクトロマイグレーション導入ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間に所定の温度差を与える温度差再付与ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間の熱起電力を再測定する熱電能起電力再測定ステップと、
前記熱電半導体の引き出し電極間の温度差を再測定する温度差再測定ステップと、
前記熱起電力再測定ステップで測定された熱起電力と前記温度差再測定ステップで測定された温度差とに基づき、エレクトロマイグレーション導入後の熱電能を求める熱電能再取得ステップと、
前記熱電能取得ステップで取得された熱電能と前記熱電能再取得ステップで取得されたエレクトロマイグレーション導入後の熱電能とを比較する熱電能比較ステップとを備えたことを特徴とする熱電半導体装置の熱電能試験方法。

【請求項4】
 
請求項3記載の熱電半導体装置の熱電能試験方法において、前記保護被膜を有していない熱電半導体装置を用いて前記温度差付与ステップから前記熱電能再取得ステップまでを実行する保護被膜無し熱電能試験ステップと、
前記保護被膜を有する熱電半導体装置を用いた場合における前記熱電能取得ステップで取得された熱電能及び前記熱電能再取得ステップで取得されたエレクトロマイグレーション導入後の熱電能と、前記保護被膜無し熱電能試験ステップの熱電能取得ステップで取得された熱電能及び熱電能再取得ステップで取得されたエレクトロマイグレーション導入後の熱電能とを比較する保護被膜影響比較ステップとをさらに備えたことを特徴とする熱電半導体装置の熱電能試験方法。

【請求項5】
 
請求項3又は4記載の熱電半導体装置の熱電能試験方法において、前記絶縁性基板は二酸化シリコン(SiO2)被覆基板であり、前記保護被膜はポリイミド保護被膜であることを特徴とする熱電半導体装置の熱電能試験方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012196584thum.jpg
State of application right Registered
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