熱電變換器件和輻射檢測(cè)器以及使用它的輻射檢測(cè)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種熱電變換器件和輻射檢測(cè)器以及使用它的輻射檢測(cè)方法。本發(fā)明專利技術(shù)的輻射檢測(cè)器(1)包括：基板(11)；第一傾斜薄膜(12)，其配置在基板(1)的第一主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于第一主面傾斜排列；第二傾斜薄膜(13)，其配置在基板(1)的與第一主面相反的一側(cè)的第二主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于第二主面傾斜排列；第一電極對(duì)(17、18)，其配置在第一傾斜薄膜(12)上，在第一傾斜薄膜(12)的各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于第一主面傾斜排列的方向上相互對(duì)置；和第二電極對(duì)(18、19)，其配置在第二傾斜薄膜(13)上，在第二傾斜薄膜(13)的各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于第二主面傾斜排列的方向上相互對(duì)置。構(gòu)成第一電極對(duì)的任一方的電極和構(gòu)成第二電極對(duì)的任一方的電極相互電連接，第一傾斜薄膜(12)和第二傾斜薄膜(13)形成各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面沿單一的方向傾斜的串聯(lián)連接。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及利用各向異性熱電效果的熱電變換器件、輻射檢測(cè)器和輻射檢測(cè)方法。
技術(shù)介紹
當(dāng)在熱電變換材料的兩端產(chǎn)生溫度差時(shí)，與該溫度差成比例地產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(熱電動(dòng)勢(shì))。在熱電變換材料中，熱能變換為電能的現(xiàn)象已知為塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect) 0 由塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，僅在與產(chǎn)生溫度差的方向相同的方向產(chǎn)生。另一方面，在電輸送特性中顯示各向異性的熱電變換材料中，由于結(jié)晶軸的傾斜配置，在與溫度差的方向正交的方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。另外，電輸送特性是指具有電荷的電子、空穴在物質(zhì)中移動(dòng)的狀態(tài)。 將這樣的由于材料的結(jié)晶軸的傾斜配置而在與溫度差的方向(熱流方向)不同的方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為各向異性熱電效應(yīng)或非對(duì)角熱電效應(yīng)。圖10是用于說明各向異性熱電效應(yīng)的坐標(biāo)系的圖。如圖10所示，試件(試料)100 的結(jié)晶軸abc相對(duì)于空間軸xyz傾斜。在試件100中，當(dāng)對(duì)沿ζ軸方向的方向施加溫度差 Δ Tz時(shí)，在沿作為與ζ軸正交的方向的χ軸的方向產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)Vx。電動(dòng)勢(shì)Vx由式(1)表7J\ ο(數(shù)學(xué)式1)K =——AT · AS · sin 2a2d (1)其中，I表示試件100的寬度，d表示試件100的厚度，α表示ab面相對(duì)于材料 100的表面(xy面)的傾斜角度，Δ S表示c軸方向的塞貝克系數(shù)&與油面內(nèi)的塞貝克系數(shù)Sab的差(各向異性引起的差)。這樣，在熱電變換材料中，通過將作為各向異性的基準(zhǔn)的結(jié)晶面(以下稱為各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面。在圖10所示的試件100中，ab面相當(dāng)于各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面。)相對(duì)于熱電變換材料的表面(在圖10所示的試件100中，相當(dāng)于其表面(xy面))傾斜配置，能夠得到各向異性熱電效應(yīng)。現(xiàn)有技術(shù)中，作為利用這樣的效應(yīng)的熱電變換器件，提出有使用配置在基板上的由熱電變換材料構(gòu)成的、各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于基板平面(基板的主面)傾斜配置的薄膜(以下稱為傾斜薄膜)的熱電變換器件。而且，也提出將這樣構(gòu)成的熱電變換器件利用為輻射檢測(cè)器的方案(例如參照專利文獻(xiàn)1)。圖11表示利用各向異性熱電效應(yīng)的熱電變換器件的基本構(gòu)造。該熱電變換器件包括傾斜基板111 ；配置在傾斜基板111上的傾斜薄膜112 ；配置在傾斜薄膜112上的電極對(duì)113、114。另外，傾斜基板是指構(gòu)成基板的材料的結(jié)晶的低指數(shù)面(圖11所示的傾斜基板111中為面116)相對(duì)于基板平面傾斜的基板。此外，傾斜薄膜是指，如上述所說明的那樣，在圖11所示的基本構(gòu)造中，傾斜薄膜112的各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面115相對(duì)于傾斜基板111的表面傾斜。圖11中，119表示各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面115傾斜排列的方向，120表示傾斜基板111的面116傾斜排列的方向。在利用具有這樣結(jié)構(gòu)的熱電變換器件的輻射檢測(cè)器中，當(dāng)電磁波從傾斜薄膜112 的表面入射時(shí)，從傾斜薄膜112的表面向背面方向產(chǎn)生溫度梯度117。結(jié)果，由于上述各向異性熱電效應(yīng)，在與傾斜薄膜112的表面平行的方向118產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。通過讀取產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，能夠檢測(cè)電磁波。但是，在現(xiàn)有的技術(shù)中，未達(dá)到使輻射檢測(cè)器實(shí)用化的充分的靈敏度。作為對(duì)于該方式的輻射檢測(cè)器的靈敏度提高的問題，能夠舉出不能夠有效利用入射的電磁波的能量(沒有變換為熱電動(dòng)勢(shì))的方面。入射的電磁波的能量中變換為熱電動(dòng)勢(shì)的比例依賴于被傾斜薄膜吸收的電磁波的比例。為了增大傾斜薄膜的電磁波的吸收， 只要使傾斜薄膜的膜厚變厚即可。但是，根據(jù)上述式(1)，由各向異性熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，在溫度差一定的情況下，傾斜薄膜的膜厚越厚則越小。從而，為了提高輻射檢測(cè)器的靈敏度，希望使傾斜薄膜的膜厚較薄，但相反地，如果使膜厚變薄，則由傾斜薄膜吸收的電磁波的比例減少，電磁波的能量不能夠有效地變換為熱電動(dòng)勢(shì)。即，為了提高作為輻射檢測(cè)器的靈敏度，需要將入射的電磁波更有效地變換為熱電動(dòng)勢(shì)的技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-M7851號(hào)公報(bào)非專禾丨J 文獻(xiàn) 1 :K. Takahashi et al. , "Tailoring of inclined crystal orientation in layered cobaltite thin films for the development of off-diagonal thermoelectric effect", Applied Physics Letters 95,051913(2009)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)所要解決的課題本專利技術(shù)的目的在于改善該
中的輻射檢測(cè)器的檢測(cè)靈敏度。如前所述，在利用由現(xiàn)有的構(gòu)造構(gòu)成的熱電變換器件的輻射檢測(cè)器中，不能夠得到滿足在更多的用途中的應(yīng)用的充分的檢測(cè)靈敏度。為了提高作為輻射檢測(cè)器的靈敏度，需要將入射至器件的電磁波有效地變換為熱電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生大的熱電動(dòng)勢(shì)。從而，本專利技術(shù)的課題在于，提供使入射的電磁波有效地變換為熱電動(dòng)勢(shì)，能夠產(chǎn)生大的熱電動(dòng)勢(shì)的熱電變換器件，以及利用該熱電變換器件的輻射檢測(cè)器。此外，本專利技術(shù)的課題也在于提供使用輻射檢測(cè)器的輻射檢測(cè)方法。用于解決課題的手段本專利技術(shù)者們，為了實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用的性能的輻射檢測(cè)器，反復(fù)研究具有傾斜薄膜的熱電變換器件的結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在由傾斜薄膜/基板的異質(zhì)構(gòu)造所構(gòu)成的基本構(gòu)造(參照?qǐng)D11)中，在連續(xù)的電磁波從傾斜薄膜側(cè)入射的情況下，和從基板側(cè)入射的情況下，在傾斜薄膜表面產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的極性均相同。這意味著，當(dāng)連續(xù)的電磁波入射至具有上述基本構(gòu)造的熱電變換器件時(shí)，無論其入射方向如何，在傾斜薄膜內(nèi)部，相比于空氣與傾斜薄膜的分界面，傾斜薄膜與基板的分界面的溫度低。本專利技術(shù)者們基于該意料之外的知識(shí)，完成了本專利技術(shù)的熱電變換器件和輻射檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)。其中，“傾斜薄膜/基板”的說法，表示的是傾斜薄膜和基板按照該順序從上疊層的異質(zhì)構(gòu)造。以下同樣的說明表示同樣的意思。本專利技術(shù)的第一方面的熱電變換器件包括基板；第一傾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第一主面傾斜排列；和第二傾斜薄膜，其配置在上述基板的與上述第一主面相反的一側(cè)的第二主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第二主面傾斜排列。本專利技術(shù)的第二方面的熱電變換器件包括基板；傾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第一主面傾斜排列；和電磁波反射膜，其配置在上述基板的與上述第一主面相反的一側(cè)的第二主面上。本專利技術(shù)的第一方面的輻射檢測(cè)器包括基板；第一傾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第一主面傾斜排列；第二傾斜薄膜，其配置在上述基板的與上述第一主面相反的一側(cè)的第二主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第二主面傾斜排列；第一電極對(duì)，其配置在上述第一傾斜薄膜上，在上述第一傾斜薄膜的上述各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第一主面傾斜排列的方向上相互對(duì)置；和第二電極對(duì)，其配置在上述第二傾斜薄膜上，在上述第二傾斜薄膜的上述各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于上述第二主面傾斜排列的方向上相互對(duì)置，構(gòu)成上述第一電極對(duì)的任一方的電極和構(gòu)成上述第二電極對(duì)的任一方的電極相互電連接，上述第一傾斜薄膜和上述第二傾斜薄膜形成串聯(lián)連接，在該串聯(lián)連接中上述各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種熱電變換器件，其特征在于，包括：基板；第一傾斜薄膜，其配置在所述基板的第一主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于所述第一主面傾斜排列；和第二傾斜薄膜，其配置在所述基板的與所述第一主面相反的一側(cè)的第二主面上，具有各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面，該各向異性基準(zhǔn)結(jié)晶面相對(duì)于所述第二主面傾斜排列。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高橋宏平，菅野勉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP