热电变换器件和辐射检测器以及使用它的辐射检测方法技术

本发明专利技术提供一种热电变换器件和辐射检测器以及使用它的辐射检测方法。本发明专利技术的辐射检测器(1)包括：基板(11)；第一倾斜薄膜(12)，其配置在基板(1)的第一主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于第一主面倾斜排列；第二倾斜薄膜(13)，其配置在基板(1)的与第一主面相反的一侧的第二主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于第二主面倾斜排列；第一电极对(17、18)，其配置在第一倾斜薄膜(12)上，在第一倾斜薄膜(12)的各向异性基准结晶面相对于第一主面倾斜排列的方向上相互对置；和第二电极对(18、19)，其配置在第二倾斜薄膜(13)上，在第二倾斜薄膜(13)的各向异性基准结晶面相对于第二主面倾斜排列的方向上相互对置。构成第一电极对的任一方的电极和构成第二电极对的任一方的电极相互电连接，第一倾斜薄膜(12)和第二倾斜薄膜(13)形成各向异性基准结晶面沿单一的方向倾斜的串联连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用各向异性热电效果的热电变换器件、辐射检测器和辐射检测方法。
技术介绍
当在热电变换材料的两端产生温度差时，与该温度差成比例地产生电动势(热电动势)。在热电变换材料中，热能变换为电能的现象已知为塞贝克效应(Seebeck effect) 0 由塞贝克效应产生的电动势，仅在与产生温度差的方向相同的方向产生。另一方面，在电输送特性中显示各向异性的热电变换材料中，由于结晶轴的倾斜配置，在与温度差的方向正交的方向产生电动势。另外，电输送特性是指具有电荷的电子、空穴在物质中移动的状态。 将这样的由于材料的结晶轴的倾斜配置而在与温度差的方向(热流方向)不同的方向产生电动势的现象，称为各向异性热电效应或非对角热电效应。图10是用于说明各向异性热电效应的坐标系的图。如图10所示，试件(试料)100 的结晶轴abc相对于空间轴xyz倾斜。在试件100中，当对沿ζ轴方向的方向施加温度差 Δ Tz时，在沿作为与ζ轴正交的方向的χ轴的方向产生电动势Vx。电动势Vx由式(1)表7J\ ο(数学式1)K =——AT · AS · sin 2a2d (1)其中，I表示试件100的宽度，d表示试件100的厚度，α表示ab面相对于材料 100的表面(xy面)的倾斜角度，Δ S表示c轴方向的塞贝克系数&与油面内的塞贝克系数Sab的差(各向异性引起的差)。这样，在热电变换材料中，通过将作为各向异性的基准的结晶面(以下称为各向异性基准结晶面。在图10所示的试件100中，ab面相当于各向异性基准结晶面。)相对于热电变换材料的表面(在图10所示的试件100中，相当于其表面(xy面))倾斜配置，能够得到各向异性热电效应。现有技术中，作为利用这样的效应的热电变换器件，提出有使用配置在基板上的由热电变换材料构成的、各向异性基准结晶面相对于基板平面(基板的主面)倾斜配置的薄膜(以下称为倾斜薄膜)的热电变换器件。而且，也提出将这样构成的热电变换器件利用为辐射检测器的方案(例如参照专利文献1)。图11表示利用各向异性热电效应的热电变换器件的基本构造。该热电变换器件包括倾斜基板111 ；配置在倾斜基板111上的倾斜薄膜112 ；配置在倾斜薄膜112上的电极对113、114。另外，倾斜基板是指构成基板的材料的结晶的低指数面(图11所示的倾斜基板111中为面116)相对于基板平面倾斜的基板。此外，倾斜薄膜是指，如上述所说明的那样，在图11所示的基本构造中，倾斜薄膜112的各向异性基准结晶面115相对于倾斜基板111的表面倾斜。图11中，119表示各向异性基准结晶面115倾斜排列的方向，120表示倾斜基板111的面116倾斜排列的方向。在利用具有这样结构的热电变换器件的辐射检测器中，当电磁波从倾斜薄膜112 的表面入射时，从倾斜薄膜112的表面向背面方向产生温度梯度117。结果，由于上述各向异性热电效应，在与倾斜薄膜112的表面平行的方向118产生电动势。通过读取产生的电动势，能够检测电磁波。但是，在现有的技术中，未达到使辐射检测器实用化的充分的灵敏度。作为对于该方式的辐射检测器的灵敏度提高的问题，能够举出不能够有效利用入射的电磁波的能量(没有变换为热电动势)的方面。入射的电磁波的能量中变换为热电动势的比例依赖于被倾斜薄膜吸收的电磁波的比例。为了增大倾斜薄膜的电磁波的吸收， 只要使倾斜薄膜的膜厚变厚即可。但是，根据上述式(1)，由各向异性热电效应产生的电动势，在温度差一定的情况下，倾斜薄膜的膜厚越厚则越小。从而，为了提高辐射检测器的灵敏度，希望使倾斜薄膜的膜厚较薄，但相反地，如果使膜厚变薄，则由倾斜薄膜吸收的电磁波的比例减少，电磁波的能量不能够有效地变换为热电动势。即，为了提高作为辐射检测器的灵敏度，需要将入射的电磁波更有效地变换为热电动势的技术。现有技术文献专利文献1 日本特开平8-M7851号公报非专禾丨J 文献 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)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的目的在于改善该
中的辐射检测器的检测灵敏度。如前所述，在利用由现有的构造构成的热电变换器件的辐射检测器中，不能够得到满足在更多的用途中的应用的充分的检测灵敏度。为了提高作为辐射检测器的灵敏度，需要将入射至器件的电磁波有效地变换为热电动势，产生大的热电动势。从而，本专利技术的课题在于，提供使入射的电磁波有效地变换为热电动势，能够产生大的热电动势的热电变换器件，以及利用该热电变换器件的辐射检测器。此外，本专利技术的课题也在于提供使用辐射检测器的辐射检测方法。用于解决课题的手段本专利技术者们，为了实现具有实用的性能的辐射检测器，反复研究具有倾斜薄膜的热电变换器件的结构。结果发现，在由倾斜薄膜/基板的异质构造所构成的基本构造(参照图11)中，在连续的电磁波从倾斜薄膜侧入射的情况下，和从基板侧入射的情况下，在倾斜薄膜表面产生的电动势的极性均相同。这意味着，当连续的电磁波入射至具有上述基本构造的热电变换器件时，无论其入射方向如何，在倾斜薄膜内部，相比于空气与倾斜薄膜的分界面，倾斜薄膜与基板的分界面的温度低。本专利技术者们基于该意料之外的知识，完成了本专利技术的热电变换器件和辐射检测器的结构。其中，“倾斜薄膜/基板”的说法，表示的是倾斜薄膜和基板按照该顺序从上叠层的异质构造。以下同样的说明表示同样的意思。本专利技术的第一方面的热电变换器件包括基板；第一倾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于上述第一主面倾斜排列；和第二倾斜薄膜，其配置在上述基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于上述第二主面倾斜排列。本专利技术的第二方面的热电变换器件包括基板；倾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于上述第一主面倾斜排列；和电磁波反射膜，其配置在上述基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面上。本专利技术的第一方面的辐射检测器包括基板；第一倾斜薄膜，其配置在上述基板的第一主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于上述第一主面倾斜排列；第二倾斜薄膜，其配置在上述基板的与上述第一主面相反的一侧的第二主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于上述第二主面倾斜排列；第一电极对，其配置在上述第一倾斜薄膜上，在上述第一倾斜薄膜的上述各向异性基准结晶面相对于上述第一主面倾斜排列的方向上相互对置；和第二电极对，其配置在上述第二倾斜薄膜上，在上述第二倾斜薄膜的上述各向异性基准结晶面相对于上述第二主面倾斜排列的方向上相互对置，构成上述第一电极对的任一方的电极和构成上述第二电极对的任一方的电极相互电连接，上述第一倾斜薄膜和上述第二倾斜薄膜形成串联连接，在该串联连接中上述各向异性基准结晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种热电变换器件，其特征在于，包括：基板；第一倾斜薄膜，其配置在所述基板的第一主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于所述第一主面倾斜排列；和第二倾斜薄膜，其配置在所述基板的与所述第一主面相反的一侧的第二主面上，具有各向异性基准结晶面，该各向异性基准结晶面相对于所述第二主面倾斜排列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥宏平，菅野勉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP