本申请提供一种热电器件及热电装置，涉及半导体技术领域；该热电器件具有低热损、高输出功率的优势；该热电器件包括热端基板、冷端基板、热电单元、支撑件；热电单元包括：串联的至少一个第一热电臂和至少一个第二热电臂；每一热电臂的两端与不同的端部导电连接件，串联的两个热电臂之间通过同一端部导电连接件连接；相邻两个热电臂的类型不同；第一热电臂包括主要由P型半导体热电材料形成的纳米线簇，第二热电臂包括主要由N型半导体热电材料形成的纳米线簇；与热电臂的两端连接的两个端部导电连接件连接不同的基板；纳米线簇与热端基板和冷端基板平行设置、且均不直接接触；支撑件位于热电单元的四周，且支撑件与热端基板和冷端基板均连接。端基板均连接。端基板均连接。
【技术实现步骤摘要】
热电器件及热电装置
[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种热电器件及热电装置。
技术介绍
[0002]热电材料是一种能将热能和电能相互直接转换的功能材料，以半导体材料为主，采用热电材料制作的热电器件具有小巧轻便、使用寿命长等优点。其中，相比于传统的热电材料，超晶格结构、碳纳米管、硅纳米线以及量子点超晶格等低维纳米材料通过尺寸效应、增大晶格散射，能够减小材料的热导率，提高系统的热电转换效率和发电能力，成为近年来热电转换方式的研究热点。
[0003]现有技术中提供一种平面型热电器件采用在衬底上设置低维单层结构(一般通过平面刻蚀工艺)的热电材料来实现热电转换，一方面，采用单层结构的热电材料，其空间设置密度低，导致热电器件的输出功率受限；另一方面，热电材料直接附着在衬底上，衬底会分散流经热电材料的热量，造成热流损失(即热损)，导致热电器件的热电转换效率低。
技术实现思路
[0004]本申请提供一种热电器件及热电装置，该热电器件具有低热损、高热电转换率的优势。
[0005]本申请提供一种热电器件，包括相对设置的热端基板和冷端基板；所述热电器件还包括：设置在所述热端基板和所述冷端基板之间的热电单元和支撑件；所述热电单元包括：串联的至少一个第一热电臂和至少一个第二热电臂；其中，所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端分别与不同的端部导电连接件，并且串联的两个热电臂的端部之间通过同一端部导电连接件连接；另外，在该热电单元中，串联的任意相邻两个热电臂中，一个为所述第一热电臂，另一个为所述第二热电臂；也即相连两个热电臂的类型不行；其中，所述第一热电臂包括主要由P型半导体热电材料形成的第一纳米线簇，也即第一热电臂的多数载流子为空穴；所述第二热电臂包括主要由N型半导体热电材料形成的第二纳米线簇，也即第二热电臂的多数载流子为电子。另外，为了保证热电单元中的第一热电臂和第二热电臂能够在冷源和热源的温度差异驱动半导体热电材料中的载流子进行定向迁移从而产生电流，与所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端连接的两个所述端部导电连接件中，一个与所述热端基板连接，另一个与所述冷端基板连接。同时，为了热端基板、冷端基板分散流经纳米线簇的热流，在该热电器件中设置所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板均不直接接触；且所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板平行设置(也即该热电器件为平面型热电器件)；所述支撑件位于所述热电单元的四周，且所述支撑件与所述热端基板和所述冷端基板均连接，通过该支撑件实现热端基板和冷端基板之间的有效强度支撑，使得整个热电器件具备一定的机械强度，从而保证了纳米线簇在脱离基板的情况下，不因外力而发生损坏。
[0006]综上所述，本申请实施例提供的热电器件，一方面，通过设置热电臂中的纳米线簇
(第一纳米线簇、第二纳米线簇)与热端基板、冷端基板平行且不直接接触，也即纳米线簇悬空设置；从而避免了热端基板和冷端基板分散流经纳米线簇的热流，进而也就降低了热损，提高了热电器件的热电转换效率以及输出功率。另一方面，通过在热电单元的四周，设置与热端基板和冷端基板均连接的支撑件，在热端基板和冷端基板之间实现有效的强度支撑，使得整个热电器件具备一定的机械强度，保证了纳米线簇在脱离基板的情况下，不因外力而发生损坏。
[0007]在一些可能实现的方式中，所述支撑件为密封环状结构；所述支撑件采用导热系数小于或等于1W/mK的材料形成；以保证热电单元处于相对封闭的空间内，隔绝纳米线簇与外部空气的对流，进一步降低纳米线簇的热损。
[0008]在一些可能实现的方式中，所述第一热电臂包括通过中间导电连接件串联的多个所述第一纳米线簇；和/或，所述第二热电臂包括通过中间导电连接件串联的多个所述第二纳米线簇；为了对中间导电连接件进行固定，设置所述中间导电连接件通过支撑连接件与所述热端基板或所述冷端基板连接；所述支撑连接件采用导热系数小于或等于1W/mK的材料形成，以避免热流经中间导电连接件分散至与其连接的热端基板或冷端基板。在此情况下，保证了热电臂在冷端和热端之间形成足够的隔离距离，增加了冷端和热端之间热路距离，形成较好的冷端和热端隔离，有效维持冷端和热端的温差，进而提高热电器件的热电转换效率。
[0009]在一些可能实现的方式中，所述第一热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间的一个所述第一纳米线簇，所述第一纳米线簇生长连接在两个所述端部导电连接件的两个相对侧面之间；或者，所述第一热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间、且通过中间导电连接件串联的两个所述第一纳米线簇，两个所述第一纳米线簇分别生长连接在所述中间导电连接件与两个所述端部导电连接件的相对侧面之间；所述第二热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间的一个所述第二纳米线簇，所述第二纳米线簇生长连接在两个所述端部导电连接件的相对侧面之间；或者，所述第二热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间、且通过中间导电连接件串联的两个所述第二纳米线簇，两个所述第二纳米线簇分别生长连接在所述中间导电连接件与两个所述端部导电连接件的相对侧面之间。
[0010]在一些可能实现的方式中，所述热电单元包括多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂；与所述热电单元两端连接的两个所述端部导电连接件设置于多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂的同一侧；与所述热电单元两端连接的两个所述端部导电连接件均与所述热端基板和所述冷端基板中的一个连接；以简化热电器件两端的正极与负极与热电装置中其他器件的连接线路。
[0011]在一些可能实现的方式中，所述热电单元中包括通过所述端部导电连接件依次交替串联的多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂，且多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂分布于多行两列；其中，所述第一纳米线簇和所述第二纳米线簇均沿行方向延伸；位于同行的两个热电臂中，一个为所述第一热电臂，另一个为所述第二热电臂；位于同列的多个热电臂通过所述端部导电连接件依次交替串联；位于第一行或者最后一行的两个热电臂之间通过所述端部导电连接件串联；与每一热电臂的两端连接的端部导电连接件，沿所述热电臂的延伸方向上分布在所述热电臂的两端。
[0012]在一些可能实现的方式中，所述热端基板和所述冷端基板均为矩形。
[0013]在一些可能实现的方式中，所述热电单元中包括通过所述端部导电连接件依次交替串联的多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂，且多个所述第一热电臂和多个所述第二热电臂沿第一圆环的一周均匀分布；其中，所述第一纳米线簇和所述第二纳米线簇的延伸方向与所述热电臂的延伸方向一致；与每一热电臂的两端连接的端部导电连接件，沿所述第一圆环的半径方向分布在所述热电臂的两端。
[0014]在一些可能实现的方式中，所述热端基板和所述冷端基板均为圆形。
[0015]在一些可能实现的方式中，所述热端基板和所述冷端基板为金属化陶瓷基板。
[0016]在一些可能实现的方式中，所述支撑件和/或所述支撑连接件采用的材料包括硅胶或玻璃。
[0本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热电器件，其特征在于，包括相对设置的热端基板和冷端基板；所述热电器件还包括：设置在所述热端基板和所述冷端基板之间的热电单元和支撑件；所述热电单元包括：串联的至少一个第一热电臂和至少一个第二热电臂；所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端与不同的端部导电连接件，串联的两个热电臂的端部之间通过同一端部导电连接件连接；串联的任意相邻两个热电臂中，一个为所述第一热电臂，另一个为所述第二热电臂；所述第一热电臂包括主要由P型半导体热电材料形成的第一纳米线簇，所述第二热电臂包括主要由N型半导体热电材料形成的第二纳米线簇；与所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端连接的两个所述端部导电连接件中，一个与所述热端基板连接，另一个与所述冷端基板连接；所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板均不直接接触；且所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板平行设置；所述支撑件位于所述热电单元的四周，且所述支撑件与所述热端基板和所述冷端基板均连接。2.根据权利要求1所述的热电器件，其特征在于，所述支撑件为密封环状结构；所述支撑件采用导热系数小于或等于1W/mK的材料形成。3.根据权利要求1或2所述的热电器件，其特征在于，所述第一热电臂包括通过中间导电连接件串联的多个所述第一纳米线簇；和/或，所述第二热电臂包括通过中间导电连接件串联的多个所述第二纳米线簇；所述中间导电连接件通过支撑连接件与所述热端基板或所述冷端基板连接；所述支撑连接件采用导热系数小于或等于1W/mK的材料形成。4.根据权利要求1-3任一项所述的热电器件，其特征在于，所述第一热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间的一个所述第一纳米线簇，所述第一纳米线簇生长连接在两个所述端部导电连接件的两个相对侧面之间；或者，所述第一热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间、且通过中间导电连接件串联的两个所述第一纳米线簇，两个所述第一纳米线簇分别生长连接在所述中间导电连接件与两个所述端部导电连接件的相对侧面之间；所述第二热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间的一个所述第二纳米线簇，所述第二纳米线簇生长连接在两个所述端部导电连接件的相对侧面之间；或者，所述第二热电臂包括连接在两个所述端部导电连接件之间、且通过中间导电连接件串联的两个所述第二纳米线簇，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘方诚，辛凯，刘云峰，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。