2000 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
12555194
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
李 敬鋒 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50241542)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 龍三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005341)
江刺 正喜 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20108468)
田中 秀治 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00312611)
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Keywords | 熱電材料 / マイクロ熱電素子 / マイクロマシニング / マイクロファブリケーション / 微細材料加工 / 熱間等方圧成形 / BiTe / PbTe |
Research Abstract |
マイクロ熱電素子は携帯型マイクロエネルギー源や微小温度制御ユニットに使われると期待され、既に熱電時計や通信用レーザダイオードの温度調節などのような応用例がある。既存の熱電材料を使用して熱電発電あるいは熱電冷却の効率を高めるためには、P-N対の密度およびエレメントのアスペクト比を一層大きくする必要がある。さらに、マイクロマシン技術の発展に伴い、エレメント径が数10μm程度の微小熱電素子の開発が求められている。本研究は、フォトリソグラフィとシリコンエッチング技術により、従来の機械加工技術では作製できないマイクロ熱電モジュールの試作を目指している。考案・開発したプロセスは以下の通りである。1)シリコンウエハの両面にフォトレジストのパターンを作製し、反応性イオンエッチング(RIE)により周期的に配列した深い細孔を作った。今年度では、厚さ400μmのシリコンウエハの両面から40μm角、約300μm深さの細孔列を微細加工することができた。2)1cm角のエリアに約10000対のP-N対が含まれるように微細加工したシリコンウエハを本プロセスのモルードとして使用して、シリコンモルードの両面の細孔にそれぞれP型とN型の熱電材料を充填させることにより、P型とN型の熱電材料が交互に配列する微細ロッドアレイを形成させる。現段階では、モルードの上に低融点の熱電材料(BiTe系)のインゴットあるいは粉末を載せてモルードに真空溶浸することにより、またカプセル熱間等方圧成形(HIP)方法を用いてPbTe系合金の微粉末のモルードへ圧入・焼結することにより、ロッドアレイの作製を試みている。3)精密研削により、両面にP型とN型のロッドアレイの先端を出してから電極形成と絶縁板の固定を行う。4)最後にドライエッチングによりP型とN型のロッドアレイの間にあるシリコンを除去する。
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