一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，包括上基板和下基板，上基板和下基板之间设置有多组热电偶，多组热电偶之间通过多个金属电极相互串联，金属电极包括上金属电极与下金属电极，上金属电极设置在热电偶顶端，所述下金属电极设置在热电偶底端，上基板的顶端与待散热对象连接，所述上金属电极设置在上基板底部，下金属电极设置在下基板顶部，上基板与下基板均为散热基板，所述上基板为金刚石基板。本实用新型专利技术实现了将金刚石作为半导体制冷器的上基板材料，不增加介质层，形成了基于金刚石基板的半导体制冷器结构，增加了半导体制冷器的主动散热性能。了半导体制冷器的主动散热性能。了半导体制冷器的主动散热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构


[0001]本技术属于微机电系统
，涉及一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构。

技术介绍

[0002]半导体制冷器主要靠热电偶的热
‑
电效应制冷，热电偶接直流电后，一侧升温的同时另一侧会降温实现制冷效果。待散热器件要与半导体制冷器实现热交换，材料之间应电绝缘。因此半导体制冷器的基板应选择电绝缘性好、热导率高、膨胀系数低，强度高的材料。随着功率器件的集成度越来越高，发热量和热流密度随之增大，传统的半导体制冷器已经无法满足散热需求，增加其散热效率成为当务之急。

技术实现思路

[0003]本技术提出一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，不增加介质层，形成了基于金刚石基板的半导体制冷器结构，使得热电偶的冷端温度可以迅速的通过金刚石基板传导至待散热对象上，很大程度上提高了半导体制冷器结构的散热效率。
[0004]为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：
[0005]一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，其特征在于，包括上基板和下基板，所述上基板和下基板之间设置有多组热电偶，所述多组热电偶之间通过多个金属电极相互串联，金属电极包括上金属电极与下金属电极，所述上金属电极设置在热电偶顶端，所述下金属电极设置在热电偶底端，所述上基板的顶端与待散热对象连接，所述上基板与下基板均为散热基板，所述上基板为金刚石基板。
[0006]进一步地，每组热电偶均包括第一热电偶与第二热电偶，所述第一热电偶与第二热电偶各自为N型掺杂材料与P型掺杂材料，且第一热电偶与第二热电偶的材料各不相同，所述半导体制冷器结构中的第一热电偶与第二热电偶交错分布。
[0007]进一步地，所述每组热电偶的第一热电偶和第二热电偶的顶端共同设置有上金属电极，且每组热电偶的第一热电偶、第二热电偶与上金属电极的外侧面位于同一竖直面上；相邻组热电偶的第二热电偶和第一热电偶的底端设置有下金属电极，且相邻的第二热电偶、第一热电偶与下金属电极的外侧面位于同一竖直面上，所述上金属电极设置在上基板底部，所述下金属电极设置在下基板顶部。
[0008]进一步地，所述金刚石基板为自支撑金刚石薄膜、CVD金刚石衬底或高温高压衬底，所述金刚石基板为圆形、矩形或不规则形片状。
[0009]进一步地，所述下基板为金刚石基板或陶瓷基板。
[0010]进一步地，所述待散热对象为半导体芯片或集成电路。
[0011]进一步地，所述上金属电极与下金属电极均为由钛层、铂层、金层形成的钛铂金电极，且所述钛层、铂层、金层的厚度分别设置在30nm到1000nm之间，所述上金属电极的钛层与上基板接触，所述下金属电极的钛层与下基板接触，所述铂层设置在钛层与金层之间，所
述上金属电极及下金属电极的金层与第一热电偶及第二热电偶接触。
[0012]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0013]本技术实现了将金刚石作为半导体制冷器的上基板材料，不增加介质层，形成了基于金刚石基板的半导体制冷器结构，使得热电偶的冷端温度可以迅速的通过金刚石基板传导至待散热对象上，很大程度上提高了半导体制冷器结构的散热效率，增加了半导体制冷器的主动散热性能，是在高温、高辐射、强腐蚀、绝缘环境下工作的极佳选择。
[0014]本技术中，通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0015]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本技术的原理。
[0016]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本技术一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构的部分结构示意图；
[0018]图2为本技术一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构的部分结构使用状态示意图；
[0019]图3为本技术一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构的整体结构示意图；
[0020]其中：1、下基板；2、下金属电极；3、待散热对象；4、第一热电偶；5、第二热电偶；6、上金属电极；7、上基板。
具体实施方式
[0021]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置的例子。
[0022]为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图及实施例对本技术作进一步详细描述。
[0023]实施例
[0024]本技术提供了一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，半导体制冷器结构包括包括上基板7和下基板1，在该实施例中上基板7与下基板1均为散热基板，且均选金刚石基板，如图3所示，上基板7和下基板1之间设置有4组热电偶，根据实际需要，热电偶组数可以设置为1
‑
10000组，4组热电偶之间通过9个金属电极相互串联，具体地，上金属电极设置有4个，下金属电极设置有5个，每一组热电偶的第一热电偶4和第二热电偶5的顶端共同设置有上金属电极，且第一热电偶4、第二热电偶5与上金属电极的外侧面位于同一竖直面上；相邻热电偶组第二热电偶5与第一热电偶4的底端共同设置有下金属电极，第二热电偶5、第一热电偶4与下金属电极的外侧面位于同一竖直面上，上金属电极设置在上基板7底部，下金属电极设置在下基板1顶部，上基板7的顶端与待散热对象3连接，如图1
‑
2所示。
[0025]具体地，第一热电偶4与第二热电偶5各自为N型掺杂材料与P型掺杂材料，且第一热电偶4与第二热电偶5的材料各不相同，半导体制冷器结构中的第一热电偶4与第二热电偶5交错分布。
[0026]金刚石基板为自支撑金刚石薄膜、CVD金刚石衬底或高温高压衬底，金刚石基板为圆形、矩形或不规则形片状。此外，下基板1也可以选用陶瓷基板。待散热对象3为半导体芯片或集成电路。
[0027]上金属电极与下金属电极均为由钛层、铂层、金层形成的钛铂金电极，且所述钛层、铂层、金层的厚度分别设置为100nm、50nm、300nm，实际生产中，钛层、铂层、金层的厚度可以设置在30nm到1000nm之间，钛层与基板接触，铂层在钛层与金层之间，金层与热电偶接触。
[0028]基于金刚石基板的半导体制冷器结构在制备时，先对下基板1进行酸碱有机清洗，通过光刻工艺在下基板1上图形化SU8光刻胶作为下金属电极的掩膜层；通过磁控溅射在图形化的下基板1上依次沉积钛铂金作为下金属电极，用丙酮将光刻胶剥离；通过光刻工艺在沉积有下金属电极的下基板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，其特征在于，包括上基板(7)和下基板(1)，所述上基板(7)和下基板(1)之间设置有多组热电偶，所述多组热电偶之间通过多个金属电极相互串联，金属电极包括上金属电极(6)与下金属电极(2)，所述上金属电极(6)设置在热电偶顶端，所述下金属电极(2)设置在热电偶底端，所述上基板(7)的顶端与待散热对象(3)连接，所述上金属电极(6)设置在上基板(7)底部，所述下金属电极(2)设置在下基板(1)顶部，所述上基板(7)与下基板(1)均为散热基板，所述上基板(7)为金刚石基板。2.根据权利要求1所述的一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，其特征在于，每组热电偶均包括第一热电偶(4)与第二热电偶(5)，所述第一热电偶(4)与第二热电偶(5)各自为N型掺杂材料与P型掺杂材料，且第一热电偶(4)与第二热电偶(5)的材料各不相同，所述半导体制冷器结构中的第一热电偶(4)与第二热电偶(5)交错分布。3.根据权利要求2所述的一种基于金刚石基板的半导体制冷器结构，其特征在于，所述每组热电偶的第一热电偶(4)和第二热电偶(5)的顶端共同设置有上金属电极(6)，且每组热电偶的第一热电偶(4)、第二热电偶(5)与上...

【专利技术属性】
技术研发人员：符娇，陆芹，刘宗琛，陈达明，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：新型
国别省市：