热电发电机制造技术

一种具有基座硅晶片和覆盖硅晶片的紧凑尺寸的热电发电机，具有被构造成用于提高热能到电能的转化效率的简单结构，使得由于每单位表面的热量大于现有技术设备薄膜而也有可能转换为电流，其中覆盖硅晶片面对所述基座硅晶片，使得相应顶部触点接触并且覆盖硅晶片和基座硅晶片之间的空间是形成真空的空间或者存在气体，特别是空气的空间。

Thermoelectric generator

A compact size thermoelectric generator with base silicon wafers and silicon wafers, which has a simple structure used to improve the conversion efficiency of heat to electric energy, which may be converted to current as each surface of the surface is more heat than the existing technical equipment film, and the silicon wafer is covered with the base. Silicon wafers make the corresponding top contacts contact and cover the space between silicon wafers and base silicon wafers to form a vacuum space or a gas, especially the air.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热电发电机
本专利技术涉及热电发电机。更特别地，本专利技术涉及基于薄膜形式的热电材料并且利用微电子技术实现的、可以通过平面工艺和3D异质或混合集成的相关技术来制造的热电发电机的结构。
技术介绍
热电发电机是允许将热能转化为电能的设备，这种转化归功于可能利用被称为塞贝克(Seebeck)效应的效应。大多数现有技术的热电发电机的功能基于使用具有高品质因数ZT的热电材料，诸如碲化铋(bismutetelluride)及其合金。尽管如此，碲化铋及其合金在自然界几乎不可获得，因此热电发电机很昂贵并且几乎不适合大规模生产。此外，这些材料不能被轻易缩小，因为它们与微电子制造行业中使用的制造工艺不兼容。因此，不可能大规模地实现热电发电机或满足大市场(汽车、消费电子)，因此几乎不符合诸如物联网或可穿戴电子产品的发展趋势。因此，在过去的几十年中，已经注意到使用通常用于MEMS器件、CMOS器件以及更一般地用于IC的工艺技术来实现小型化热电发电机的可能性。热电发电机由一组热电偶组成。热电偶由两种导电材料组成，或者作为替代，由通常通过金属实现的具有高导电性的连接件连接在一起的p掺杂半导体和n掺杂半导体组成。热电偶通常被电串联和热并联连接，以便获得足以给电子设备供电的电压。取决于在热电偶中流动的热通量是平行于电流流动的平面还是与电流流动的平面正交，热电偶的构造可以或者是平面中的(in-plane)或者是平面外的(out-of-plane)。从某个角度来看，其热电偶是平面中构造(参见描绘Y.VanAndel等人的出版物的构造的图1)的热电发电机的制造工艺比其热电偶是平面外构造的热电发电机的制造工艺更简单。从另一个角度来看，其热电偶是平面中构造的热电发电机相对于其热电偶是平面外构造的热电发电机的缺点是面积占用较大并且因此存在小型化方面的不足。在微电子工业中，通常越大的面积意味着热电发电机的生产成本越高。在以下出版物中公开了以平面中构造的小型化热电发电机的示例：-Y.VanAndel，M.Jambunathan，R.J.M.Vullers，V.Leonov，Membrane-lessin-planebulk-micromachinedthermopilesforenergyharvesting,MicroelectronicEngineering，Vol.87(2010)1294-1296；-Xie,J.；Lee,C.；Feng,H.Design,fabricationandcharacterizationofCMOSMEMS-basedthermoelectricpowergenerators.J.Micromech.Syst.2010,19,317–324；-Kao,P.-H.；Shih,P.-J.；Dai,C.-L.；Liu,M.-C.FabricationandcharacterizationofCMOS-MEMSthermoelectricmicrogenerators.Sensors2010,10,1315–1325；-Wang,Z.；VanAndel,Y.；Jambunathan,M.；Leonov,V.；Elfrink,R.；Vullers,J.M.Characterizationofabulk-micromachinedmembranelessin-planethermopile.J.Electron.Mater.2011,40,499–503.13；-美国专利US7,875,791“Methodformanufacturingathermopileonamembraneandamembrane-lessthermopile,thethermopilethusobtainedandathermoelectricgeneratorcomprisingsuchthermopiles”VladimirLeonov，PaoloFiorini，ChrisVanHoof(2011)。以下出版物中公开了以平面外构造的小型化热电发电机的示例：-BottnerH.,Nurnus,J.；Schubert,A.；Volkert,F.“Newhighdensitymicrostructuredthermogeneratorsforstandalonesensorsystems”inProceedingsof26thInternationalConferenceonThermoelectrics,2007.ICT2007(3-7June2007)第306–309页。-M.Strasser,R.Aigner,M.Franosch,G.Wachutka,“Miniaturizedthermoelectricgeneratorsbasedonpoly-Siandpoly-SiGesurfacemicromachining”,SensorsandActuatorsA,Vol.97-98,535-542(2002)。-Su,J.；Leonov,V.；Goedbloed,M.；vanAndel,Y.；deNooijer,M.C.；Elfrink,R.；Wang,Z.；Vullers,R.J.Abatchprocessmicromachinedthermoelectricenergyharvester:Fabricationandcharacterization.J.Micromech.Microeng.2010,doi:10.1088/0960-1317/20/10/104005。参考在Bottner等人的出版物中提到的并且在图2中示出的小型化热电发电机，这种小型化热电发电机是通过倒装芯片键合(flipchipbonding)技术获得的。尽管如此，所使用的材料是已知的类型，即，碲化铋及其合金，并且通过溅射沉积在硅晶片上。参考在Strasser等人的出版物中提到的并且在图3中示出的热电发电机，这种热电发电机是通过表面微加工实现的。特别地，这种热电发电机由两个BiCMOS技术实现的热电偶组成。所述热电偶的热部分和冷部分之间的隔离是通过氧化物势垒LOCOS(硅的局部氧化)实现的。热电材料是400nm厚度的多晶硅层，该多晶硅中部分掺杂有用于实现n型部分的磷并且部分掺杂有用于实现p型部分的硼。铝桥的存在防止了否则将存在于相邻热电部分之间的p-n结的形成。为了提高热能到电能的转化产率，在硅基板中已经实现了许多空腔。参考在Su等人的出版物中提到的并且在图4中示出的热电发电机，该热电发电机由在p型和n型多晶SiGe中实现的并用铝在它们之间连接的热电偶组成。特别地，所述热电发电机的热电偶是独立式的。由于底层材料已被去除以增加热电材料的端子上的温差，因此热电材料基本上成形为桥。所述热电发电机的下部和上部通过倒装芯片键合技术并通过粘性糊剂密封在一起。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服所述缺点，从而提供一种紧凑尺寸的热电发电机，其具有被构造成用于提高热能到电能的转化效率的简单结构，使得由于每单位表面的热量大于现有技术设备薄膜而也有可能转换为电流。因此，本专利技术的目的是根据作为本说明书的组成部分的所附权利要求的热电发电机。附图说明将根据实施例，特别地参考附图公开本专利技术，这仅仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有平面外热流构造的集成热电发电机的构建块(100)，包括各自具有两个相对面的基座硅晶片(110)和覆盖硅晶片(120)，其中：‑所述基座硅晶片(110)在所述相对面的一个面上具有多个山丘(111C)和在所述山丘(111C)之间的多个山谷(111V)；‑所述山丘(111C)中的每个山丘包括在硅晶片中的第一截棱锥或截圆锥，第二截棱锥或截圆锥(115)连接在所述第一截棱锥或截圆锥上，所述第二截棱锥或截圆锥由电绝缘和热绝缘材料制成，其中所述第二截棱锥或截圆锥的较大基座小于所述硅晶片中的所述第一截棱锥或截圆锥的较小基座并与其接触；‑在所述第二截棱锥或截圆锥的所述较小基座上并且至少部分地在所述第二截棱锥或截圆锥的所述侧表面上存在p型掺杂热电材料层(116)，所述p型掺杂热电材料层(116)还在所述第一截棱锥或截圆锥的所述较小基座的至少一部分上延伸，‑顶部电触点(118)存在于所述第二截棱锥或截圆锥的所述较小基座上，并且在一端处的两个或更多个侧触点(117)与所述第一截棱锥或截圆锥的所述较小基座的所述至少一部分上的所述热电材料层接触并且在所述山丘(111C)的一侧上延伸直到相应山谷(111V)的一部分；‑所述覆盖硅晶片(120)在所述相对面的一个面上具有多个山谷(121V)和山丘(121C)，‑在基本上整个所述覆盖硅晶片(120)的所述一个面上存在电绝缘材料层(124)；‑在所述覆盖硅晶片(120)的山丘(121C)的顶部，放置既用作电触点又用作顶部热触点的金属触点；‑所述覆盖硅晶片以这样的方式面对所述基座硅晶片，即，相应的顶部触点(118,128)接触并且所述覆盖硅晶片和所述基座硅晶片之间的空间是形成真空的空间或者存在气体，特别是空气的空间。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.23 IT 1020150000648901.一种具有平面外热流构造的集成热电发电机的构建块(100)，包括各自具有两个相对面的基座硅晶片(110)和覆盖硅晶片(120)，其中：-所述基座硅晶片(110)在所述相对面的一个面上具有多个山丘(111C)和在所述山丘(111C)之间的多个山谷(111V)；-所述山丘(111C)中的每个山丘包括在硅晶片中的第一截棱锥或截圆锥，第二截棱锥或截圆锥(115)连接在所述第一截棱锥或截圆锥上，所述第二截棱锥或截圆锥由电绝缘和热绝缘材料制成，其中所述第二截棱锥或截圆锥的较大基座小于所述硅晶片中的所述第一截棱锥或截圆锥的较小基座并与其接触；-在所述第二截棱锥或截圆锥的所述较小基座上并且至少部分地在所述第二截棱锥或截圆锥的所述侧表面上存在p型掺杂热电材料层(116)，所述p型掺杂热电材料层(116)还在所述第一截棱锥或截圆锥的所述较小基座的至少一部分上延伸，-顶部电触点(118)存在于所述第二截棱锥或截圆锥的所述较小基座上，并且在一端处的两个或更多个侧触点(117)与所述第一截棱锥或截圆锥的所述较小基座的所述至少一部分上的所述热电材料层接触并且在所述山丘(111C)的一侧上延伸直到相应山谷(111V)的一部分；-所述覆盖硅晶片(120)在所述相对面的一个面上具有多个山谷(121V)和山丘(121C)，-在基本上整个所述覆盖硅晶片(120)的所述一个面上存在电绝缘材料层(124)；-在所述覆盖硅晶片(120)的山丘(121C)的顶部，放置既用作电触点又用作顶部热触点的金属触点；-所述覆盖硅晶片以这样的方式面对所述基座硅晶片，即，相应的顶部触点(118,128)接触并且所述覆盖硅晶片和所述基座硅晶片之间的空间是形成真空的空间或者存在气体，特别是空气的空间。2.如权利要求1所述的集成热电发电机的构建块(100)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：达尼洛·马斯科洛，安东涅塔·布欧希奥罗，朱塞佩·拉泰沙，朱塞佩·加玛瑞诺，马尔科·朱斯蒂，伊塔洛·吉森，
申请(专利权)人：德尔塔蒂研究财团，
类型：发明
国别省市：意大利,IT