半導体微細加工技術を用い高密度な平面型熱電素子を作製―IoT機器の駆動に求められる0.5V以上の出力電圧達成：物質･材料研究機構ほか
(2022年6月23日発表)
（国）物質･材料研究機構と（国）産業技術総合研究所、筑波大学の共同研究グループは6月23日、熱電素子などの接合に広く用いられているπ（パイ）接合という接合構造から成る熱電素子を、半導体微細加工技術を使って高密度に作製し、IoT機器の駆動に必要な目安となる0.5V（ボルト）以上の出力電圧を得ることに成功したと発表した。熱電素子の応用に新たな可能性を開く成果が得られたとしている。
身のまわりの廃熱などを利用して熱エネルギーから直接電気エネルギーを取り出す熱電変換技術の開発が進んでいる。主な狙いは熱電変換を電子デバイスなどの駆動電源として活用することだが、そのためには熱電モジュール・素子の微細化や他の機器との集積化などが課題のひとつとされている。
研究グループは今回、多数の微小なπ接合を高い精度で作ることができる半導体微細加工技術を用い、高密度な平面π型熱電素子を作製した。
π接合はp型熱電半導体とn型熱電半導体を金属電極を介して接合した構造を指す。熱電モジュール･素子を小型･微細化すると一般に出力電圧が低下するため、出力を上げるには多数のπ接合の形成が必要になる。
研究チームは、高い熱起電力と低い電気抵抗を示すマグネシウム（Mg）、スズ（Sn）、ゲルマニウム（Ge）から成る化合物をp型層に、ビスマス（Bi）をn型層に用い、12mm角の領域内に微細加工により36個のπ接合を形成した。
駆動実験の結果、IoT機器の駆動に必要な目安となる0.5V以上の出力電圧を計測、また、最大出力0.6μW（マイクロワット）を得た。
今回の研究で熱電素子の小型・微細化が可能になり、他の電子素子と融合することでIoT機器や様々な電子素子の高度化･実用化が期待されるとしている。
