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半導体材料、導電性層にキャリアを生じさせる方法、熱電変換素子、及びスイッチング素子 NEW

国内特許コード P180015408
整理番号 (S2016-0053-N0)
掲載日 2018年11月5日
出願番号 特願2017-545507
出願日 平成28年10月14日(2016.10.14)
国際出願番号 JP2016080628
国際公開番号 WO2017065306
国際出願日 平成28年10月14日(2016.10.14)
国際公開日 平成29年4月20日(2017.4.20)
優先権データ
  • 特願2015-205044 (2015.10.16) JP
発明者
  • 山本 貴博
  • 中嶋 宇史
  • 阿武 宏明
  • 小鍋 哲
出願人
  • 学校法人東京理科大学
  • 日本ゼオン株式会社
発明の名称 半導体材料、導電性層にキャリアを生じさせる方法、熱電変換素子、及びスイッチング素子 NEW
発明の概要 本発明の実施形態は、圧電材料を含む圧電層と、導電性材料を含み、前記圧電層に接触させて又は他の層を介して設けられた導電性層と、を有し、前記圧電層に外部刺激を付与することで生じた分極によって前記導電性層にキャリアが生じる半導体材料である。
従来技術、競合技術の概要


近年では、実環境における振動や熱などの微小エネルギーを始めとして、未利用のエネルギーを有効利用することが望まれ、低消費電力化に対する要求がある。かかる要求に対して、熱電材料の利用が期待されている。熱電材料としては、例えば半導体を始め様々な導電性材料が知られており、近年では、国際公開第2016/056661号公報に、伸張された結晶構造を有する黒リン原子膜が熱電変換性能を発現し得ることが報告され、そのシミュレーションによる検証結果も報告されている。
熱電材料を利用した素子としては、例えば熱エネルギーを電気エネルギーに変換する技術として、熱電素子に圧電素子を組み込んだ熱電変換素子が知られている。
例えば、国際公開第2013/103009号公報には、熱発電及び振動発電を併用して発電する発電装置が開示されている。
また、特開2010-16974号公報には、可撓性を有するバンド基材の上面側に複数の圧電素子モジュールおよびシート状に形成された複数の太陽電池素子アレイを備え、バンド基材の背面側に複数の圧電素子モジュールおよびシート状に形成された複数の熱電変換素子アレイを備えるリストバンドが開示されている。
また、特開2000-12916号公報には、圧電材料からなる圧電基板と、圧電基板と対向してP型熱電エレメントとN型熱電エレメントとを挾持する基板と、P型熱電エレメント及びN型熱電エレメントを交互に直列に接続するために基板上に設けられた電極と、圧電基板の電極が形成された面とは反対側の面に形成された対向電極を有する熱電素子と、を備える発電装置が開示されている。
また、国際公開第2011/104772号公報には、第1の部分と第2の部分との温度差によって発電する熱電発電モジュールと、熱電発電モジュールに、熱的に、かつ機械的に結合し、熱電発電モジュールの振動によって変形を生じる圧電材料板を含む圧電発電モジュールとを有する発電装置が開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、半導体材料、導電性層にキャリアを生じさせる方法、熱電変換素子、及びスイッチング素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
圧電材料を含む圧電層と、
導電性材料を含み、前記圧電層に接触させて又は他の層を介して設けられた導電性層と、
を有し、
前記圧電層に外部刺激を付与することで生じた分極によって前記導電性層にキャリアが生じる半導体材料。

【請求項2】
前記導電性材料は、半導体又は導電性高分子である請求項1に記載の半導体材料。

【請求項3】
前記半導体及び前記導電性高分子は、熱電変換する熱電材料である請求項2に記載の半導体材料。

【請求項4】
前記外部刺激は、物理力、磁力、熱、電圧及び光から選ばれる少なくとも1つである請求項1~請求項3の何れか1項に記載の半導体材料。

【請求項5】
前記圧電材料は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアミノボラン系樹脂、ポリシアン化ビニリデン系樹脂、ポリウレア系樹脂、ポリ乳酸樹脂、及びナイロン樹脂から選ばれる少なくとも1つである請求項1~請求項4の何れか1項に記載の半導体材料。

【請求項6】
前記導電性材料は、ポリチオフェン系樹脂である請求項1~請求項5の何れか1項に記載の半導体材料。

【請求項7】
前記導電性層は、黒リン原子膜である請求項1に記載の半導体材料。

【請求項8】
請求項1~請求項7の何れか1項に記載の半導体材料を有する熱電変換素子。

【請求項9】
請求項1~請求項7の何れか1項に記載の半導体材料の少なくとも一対を有し、
前記一対の半導体材料の一方は、前記導電性層に電子が生じるn型半導体であり、
前記一対の半導体材料の他方は、前記導電性層に正孔が生じるp型半導体である、熱電変換素子。

【請求項10】
圧電材料を含む圧電層と、導電性材料を含み、前記圧電層に接触させて又は他の層を介して設けられた導電性層と、を有する半導体材料に対し、前記圧電層に外部刺激を付与することにより分極を生じさせ、生じた分極によって前記導電性層にキャリアを生じさせる方法。

【請求項11】
前記導電性材料は、半導体又は導電性高分子である請求項10に記載の方法。

【請求項12】
前記半導体及び前記導電性高分子は、熱電変換する熱電材料である請求項11に記載の方法。

【請求項13】
前記外部刺激は、物理力、磁力、熱、電圧及び光から選ばれる少なくとも1つである請求項10~請求項12の何れか1項に記載の方法。

【請求項14】
前記圧電材料は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアミノボラン系樹脂、ポリシアン化ビニリデン系樹脂、ポリウレア系樹脂、ポリ乳酸樹脂、及びナイロン樹脂から選ばれる少なくとも1つである請求項10~請求項13の何れか1項に記載の方法。

【請求項15】
前記導電性材料は、ポリチオフェン系樹脂である請求項10~請求項14の何れか1項の何れか1項に記載の方法。

【請求項16】
前記導電性層は、黒リン原子膜である請求項10に記載の方法。

【請求項17】
請求項1~請求項7の何れか1項に記載の半導体材料を有するスイッチング素子。

【請求項18】
請求項1~請求項7の何れか1項に記載の半導体材料と、
前記半導体材料の圧電層の側に配置されたゲート電極と、
前記半導体材料の導電性層に電気的に接続されるソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記ゲート電極に電圧を印加したときに、前記ドレイン電極及び前記ソース電極が、前記導電性層を介して電気的に接続されるスイッチング素子。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2017545507thum.jpg
出願権利状態 公開
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