集成三维单元结构、集成冷却阵列及基于单元的集成电路制造技术

本发明专利技术涉及一种集成三维单元结构。该集成三维单元结构包括电介质基板，以及至少一个用于散热的热电冷却装置，所述热电冷却装置安装在电介质基板的部分内，所述热电冷却装置包括：一个第一导电类型的第一主区域；至少一个第二主区域；并且至少一个独立可控的热电冷却区域，其设置在所述第一主区域和所述至少一个第二主区域之间，其中，所述至少一个热电冷却区域包括至少一个热电偶元件。本发明专利技术进一步涉及一种集成冷却阵列和一种基于单元的集成电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种集成三维单元结构，本专利技术进一步涉及一种集成冷却阵列以及基于单元结构的集成电路。
技术介绍
国际申请WO03/060676A2公开了一种用于计算机的冷却系统。该冷却系统包括冷侧散热片、热电冷却器(TEC)和热侧散热片，冷侧散热片、热电冷却器(TEC)和热侧散热片相邻设置，并且彼此热耦合。进一步地，所述冷侧散热片与中央处理单元(CPU)相邻设置，用于冷却CPU。在这里，所述CPU成为热源。在向所述TEC供电时，STEC利用移位和缝合热电冷却效应产生热通量，通过所述冷侧散热片和STEC将CPU热源处的热量传送至所述热侧散热片，在所述热侧散热片设置有风扇，风扇用于吹走热空气。国际申请WO01/90866A2公开了一种类似的使用热电单元有效冷却CPU的冷却系统。国际申请WO2007/015701公开了一种用于微处理器的热点热能管理的薄膜热电装置。其中，所述热电冷却结构设置在芯片上。上述所有热电冷却装置的所述冷却单元都是独立的单元，而不是所需冷却结构的一部分。这些冷却结构存在的主要问题是由于相应的热源产生的热量必须不停地从热源传送至热电冷却装置，使得冷却效率相对较低。由于性能系数高，移位和缝合热电冷却可应用于诸如冰箱、空调和/或工业冷却和/或加热系统等装置或系统。
技术实现思路
因此，提高包括热电冷却装置在内的通用冷却系统的性能是一项重大挑战。本专利技术提供一种单元结构和/或一种集成冷却阵列和/或一种基于单元的集成电路，所述单元结构具有权利要求1所述的特征，所述集成冷却阵列具有权利要求31所述的特征，所述基于单元的集成电路具有权利要求33所述的特征。相应地，本专利技术提供：一种集成三维单元结构，包括：半导体基板或石英基板或蓝宝石或任何其他电介质基板(10)；和至少两个热电冷却装置(120)的阵列，该阵列安装在全部或部分所述石英基板或蓝宝石或任何其他的电介质基板(10)的内部，所述热电冷却装置(120)包括：一个第一导电类型的第一主区域(1400)；至少一个第二主区域(180)，和至少一个设置在所述第一主区域(1400)和至少一个所述第二主区域(180)之间的热电冷却区域(200)，其中，至少一个所述热电冷却区域(200)包括至少一个移位和缝合热电冷却元件；和/或至少一个嵌入有“移位和缝合热电偶元件”的装置，所述装置与栅极区(470)压缩在所述安装的热电冷却装置的顶部；至少一个第一或第二导电类型的第一主区域(044)；至少一个第一或第二导电类型的第二主区域(048)；和至少一个设置在所述第一主区域(044)和至少一个所述第二主区域(048)之间的热电冷却区域(046)，其中，至少一个所述热电冷却区域(050)包括至少一个“移位和缝合热电偶元件”；和/或至少一个连接到所述冷却装置(220)和至少一个晶体管阵列(240)的二极管阵列，所述二极管阵列用于触发所述热电冷却装置；和/或至少一个用于联合发电或单独发电的缝合热电冷却装置的赛贝克元件装置，所述赛贝克元件装置安装在移位和缝合热电冷却装置的顶部或者嵌在基板内。和至少一个嵌入有“移位和缝合部分热电偶元件”的装置，其与温度敏感触发导电基板(470)压缩在所述安装的热电冷却装置的底部，至少一个第一导电类型的第一主区域(140)；至少一个第一导电类型的第二主区域(180)；和至少一个其设置在所述第一主区域(140)和至少一个所述第二主区域(180)之间的可独立控制的热电冷却区域(200)，其中至少一个所述热电冷却区域(200)包括至少一个移位和缝合热电冷却元件(500)，和其中，热电冷却的性能系数最小为1。一种集成冷却阵列，包括半导体基板，多个本专利技术所述的单元结构，其中，所述单元结构以阵列的方式设置在所述常用的半导体基板内。一种基于单元的集成电路，包括至少一个本专利技术所述的单元结构和与每一个栅极区相连的控制装置，所述控制装置用于控制每一个栅极区独立地的运行。本专利技术涉及一种三维热电冷却结构，其克服了现有热电冷却装置的问题，现有热电冷却装置采用单独的冷却设备。本专利技术将热电冷却结构集成到半导体材料中，简单、有效且克服了所有已知的问题(approach)。因此，本专利技术的基本思路在于将热电冷却结构直接放入半导体基板的全部区域或部分区域中，所述半导体基板产生热量。现有技术中，热电冷却结构设置在半导体基板的附近，使得冷却结构邻近热源。然而，本专利技术发现，还可将所述热电冷却结构设置得更靠近热源。因此，本专利技术的基本思路涉及一种将热电冷却装置集成到半导体材料中的集成三维单元结构，其中热电冷却装置邻近热源。采用这种集成单元结构可大大减小热量产生区域与热电冷却区域之间的距离，从而增加整个冷却结构的效率。一种集成电路，包括至少一个热电冷却(TEC)装置，其中，基板内还集成有转换器，该转化器用于触发至少一个所述热电冷却区域。从而，提供一种比现有技术更耐用的热电冷却装置。此外，所述集成电路还包括至少一个STEC装置，通过将STEC区域设为优选值，可按照给定顺序触发STEC装置以调节平均电流。相比于现有的热电冷却装置，这是显著的优势，现有技术只能通过在移位和缝合热电冷却元件两端设定一定的功率或电压来实现温度控制。本专利技术的进一步的优势在于，在几微米内就可以实现高温差。进一步地，所述热电冷却装置性能系数(COP)至少为1，由于性能系数高，本专利技术能将所述热电冷却装置应用于诸如机械设备、冷却系统和制冷系统等工业冷却中。进一步地，本专利技术可大大增加如(纳米)传感器等半导体装置的灵敏性和准确性。最后但同样重要的一个优点是，本专利技术为制备更小的半导体装置提供了可能。本专利技术的进一步的实施例对从属权利要求进行了论述，下面结合附图对其进行描述。在优选的实施例中，所述单元结构的形状为三维立方体、长方体、圆柱体、椭球体或球体。然而，所述单元结构的形状优选为为如圆柱体、椭球体或任何其它沟槽状等与立方体不一样的形状，也可以是这些形状的结合。在进一步优选的实施例中，所述单元结构的形状为球体或类球体。这些结构没有明显的拐角、移位和接缝以及边缘。对这些移位和接缝、边缘以及拐角进行倒圆，可以减少这些结构之间的容量，从而减小相邻结构之间的隧道效应(tunnelling)。在进一步优选的实施例中，所述单元结构的单元尺寸处于160nm至400mm的范围内，优选地，在200mm至400mm的范围内，优选地，在100mm至200mm的范围内，优选地，在1000nm至100mm的范围内，优选地，在500nm至1000nm的范围内，优选地，在300nm至500nm的范围内，优选地，在160nm至300nm的范围内。在进一步优选的实施例中，所述单元结构的单元尺寸小于160nm，并且优选地，在1nm至120nm的范围内，更优选地，在5nm至80nm的范围内，特别优选地，在10nm至30nm的范围内。在进一步优选的实施例中，所述单元结构进一步包括至少一个栅极区(490)，所述栅极区(490)具有控制所述第一主区域(140)和所述第一主区域(044)之间载流的管路功能(viafunction)，其中，当温度达到对应的热电冷却区域(20)的所需温度时，每个栅极区(490)之间电连接，并且至少一个所述栅极区(490)具有用于控制所述第二主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成三维单元结构，包括：电介质基板(10)；和至少一个热电冷却装置阵列(012)，所述热电冷却装置(012)安装在全部或部分电介质基板(010)的内部，或安装在全部或部分电介质基板(010)的顶部，或安装在全部或部分电介质基板(010)的底部，所述热电冷却装置(012)用于散热，所述热电冷却装置(012)包括：至少一个第一导电类型的第一主区域(014)，所述第一主区域(014)是独立可控的；至少一个第一导电类型的第二主区域(018)；和至少一个设置在所述第一主区域(014)和至少一个所述第二主区域(018)之间的热电冷却区域(020)，其中，至少一个移位、移位再缝合(shifted and shifted and stitched)的所述热电冷却区域(020)包括至少一个移位和缝合热电偶元件；和/或至少一个嵌入有移位和缝合热电偶元件的装置，所述装置与栅极区(060)压缩在所述安装的热电冷却装置的顶部；至少一个第一或第二导电类型的第一主区域(044)；至少一个第一或第二导电类型的第二主区域(048)；和至少一个设置在所述第一主区域(044)和至少一个所述第二主区域(048)之间的热电冷却区域(046)，其中，至少一个所述热电冷却区域(050)包括至少一个移位和缝合热电偶元件；和/或至少一个用于触发所述热电冷却装置的晶体管阵列(24)和/或至少一个用于联合发电或单独发电的缝合热电冷却装置的赛贝克元件装置，所述赛贝克元件装置安装在移位和缝合热电冷却装置的顶部或者嵌在基板内。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种集成三维单元结构，包括：电介质基板(10)；和至少一个热电冷却装置阵列(012)，所述热电冷却装置(012)安装在全部或部分电介质基板(010)的内部，或安装在全部或部分电介质基板(010)的顶部，或安装在全部或部分电介质基板(010)的底部，所述热电冷却装置(012)用于散热，所述热电冷却装置(012)包括：至少一个第一导电类型的第一主区域(014)，所述第一主区域(014)是独立可控的；至少一个第一导电类型的第二主区域(018)；和至少一个设置在所述第一主区域(014)和至少一个所述第二主区域(018)之间的热电冷却区域(020)，其中，至少一个移位、移位再缝合(shiftedandshiftedandstitched)的所述热电冷却区域(020)包括至少一个\移位和缝合热电偶元件\；和/或至少一个嵌入有\移位和缝合热电偶元件\的装置，所述装置与栅极区(060)压缩在所述安装的热电冷却装置的顶部；至少一个第一或第二导电类型的第一主区域(044)；至少一个第一或第二导电类型的第二主区域(048)；和至少一个设置在所述第一主区域(044)和至少一个所述第二主区域(048)之间的热电冷却区域(046)，其中，至少一个所述热电冷却区域(050)包括至少一个\移位和缝合热电偶元件\；和/或至少一个用于触发所述热电冷却装置的晶体管阵列(24)和/或至少一个用于联合发电或单独发电的缝合热电冷却装置的赛贝克元件装置，所述赛贝克元件装置安装在移位和缝合热电冷却装置的顶部或者嵌在基板内。2.如权利要求1所述的单元结构，其特征在于，所述单元结构的形状为三维立方体、长方体、圆柱体、椭球体或球体。3.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述单元结构的单元尺寸处于160nm至400mm的范围内，优选地，在200mm至400mm的范围内，优选地，在100mm至200mm的范围内，优选地，在1000nm至100mm的范围内，优选地，在500nm至1000nm的范围内，优选地，在300nm至500nm的范围内，优选地，在160nm至300nm的范围内。4.如权利要求1或2所述的单元结构，其特征在于，所述单元结构的单元尺寸小于160nm，优选地，在1nm至120nm的范围内，更优选地，在5nm至80nm的范围内，特别优选地，在10nm至30nm的范围内。5.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述单元结构进一步包括：至少一个栅极区(060)，所述栅极区(060)具有控制所述第一主区域(014)和所述第一主区域(044)之间载流的管路功能(viafunction)，其中，当温度达到对应的热电冷却区域(20)的所需温度时，每个所述栅极区(60)之间电连接。6.如权利要求5所述的单元结构，其特征在于，至少一个所述栅极区(060)嵌入在所述电介质基板内，其中，所述热电冷却区域(20)的数量与所述栅极区(060)的数量相同，并且其中每个所述栅极区朝向相应的热电冷却区域(20)。7.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述单元结构包括多个所述热电冷却区域(20)，其中，每一个所述热电冷却区域(20)使用相同的第一主区域(14)，但是使用不同的栅极区(060)。8.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述热电冷却装置(12)包括多个从所述第一主区域径向延伸的指状结构，其中，每个指状结构包括相互之间顺序布置的一个栅极区(16)、一个热电冷却区域(20)和一个第二主区域(18)。9.如权利要求8所述的单元结构，其特征在于，所述指状结构沿径向直线延伸，形成所述热电冷却装置(12)的星形结构。10.如权利要求8或9所述的单元结构，其特征在于，所述指状结构以至少部分弯曲的方式沿径向延伸，形成如所述热电冷却装置(12)的螺旋状结构的紧密堆积结构。11.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述热电冷却装置(12)包括至少4个，特别地至少6个或8个径向延伸的指状结构。12.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，所述第一主区域(14)包括表面区域，所述表面区域的形状为六边形、八边形或矩形，尤其是二次形。13.如权利要求1-11任一所述的单元结构，其特征在于，所述第一主区域(14)包括表面区域，所述表面区域的形状为圆形，尤其是环形、椭圆形或卵形。14.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，将所述第一主区域(14)设计为源极区或者漏极区，并且在这种情况下，将所述第二主区域(18)分别设计为相应的漏极区和漏极区。15.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，至少一个所述热电偶元件包括第三导电类型的第一子域(30)和第四导电类型的第二子域(32)，所述第四导电类型与所述第三导电类型不同，其中，所述第一和第二子域(30、32)相互间隔，且位移、位移后能相互缝合。16.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，至少一个热电冷却区域(20)包括多个顺序布置且相互连接的热电偶元件。17.如权利要求16所述的单元结构，其特征在于，相应的彼此间隔开的第一和第二子域(30、32)之间设置有界层，其中，所述界层部分填充有绝缘材料(34)。18.如权利要求16或17所述的单元结构，其特征在于，相邻的所述第一和第二子域(30、32)的纵向间隔距离相等。19.如权利要求16-18任一所述的单元结构，其特征在于，相邻的所述第一和第二子域(30、32)之间的距离不等，所述第一和/或第二子域(30、32)按锯齿形布置。20.如权利要求19所述的单元结构，其特征在于，所述第一和/或第二子域(30、32)相对于水平面的移位和缝合虚拟角的角度在5°和85°之间的范围内，尤其在45°和60°之间的范围内，优选地，在30°和40°之间的范围内，最优选地，在10°和20°之间的范围内。21.如权利要求19或20所述的单元结构，其特征在于，所述移位和缝合热电偶元件的所述第一和/或第二子域(30、32)为多部分结构，尤其是两部分结构。22.如权利要求21所述的单元结构，其特征在于，所述多部分结构包括第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一移位和缝合虚拟角，所述第二部分与所述第一部分相连，所述第二部分具有第二移位和缝合虚拟角，其中，所述第一部分与桥接元件直接相连，所述第一移位和缝合虚拟角等于或者大于所述第二移位和缝合虚拟角，和/或所述第一移位和缝合虚拟角等于或者小于所述第二移位和缝合虚拟角。23.如权利要求22所述的单元结构，其特征在于，所述第一移位和缝合虚拟角在5°和45°之间的范围内，尤其在25°和35°之间的范围内，和/或所述第二移位和缝合虚拟角在45°和85°之间的范围内，尤其在60°和70°之间的范围内。24.如上述任一权利要求所述的单元结构，其特征在于，每个所述第一和第二子域(30、32)包括两个边界接口(38、40)，其中，相邻但彼此间隔的第一和第二子域(030、032)的所述边界接口(38、40)通过桥接元件(36、42)连接。25.如权利要求24所述的单元结构，其特征在于，第一桥接元件(36)从所述第一子域(30)的第一边界接口(38)延伸至所述第二子域(32)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈里尔·科里奇，
申请(专利权)人：海特科技公司，
类型：发明
国别省市：土耳其;TR