新型微型热电发生器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种新型微型热电发生器及其制造方法，其包括基板；所述基板内设有若干贯通基板的隔热腔；基板一侧表面上设置支撑层，所述支撑层上设有若干交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；支撑层上相邻交替分布的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并在支撑层上串接形成热电材料体，所述热电材料体的两端均设置电连接的键合电极；热电材料体上淀积有电绝缘层，所述电绝缘层覆盖热电材料体上；电绝缘层上淀积导热层，所述导热层的两侧设有隔热部；导热层上设有第一封装体，基板对应设置支撑层的另一侧设有第二封装体。本发明专利技术结构紧凑，使用成本低，制造工艺简单方便，发电效率高，适应性好，节能环保，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热电发生器及其制造方法，尤其是一种，属于热电发生器的

技术介绍
由于微电子器件日益增长的微型化趋势，电源的小型化也成为一种必然。用于微电子器件的传统电源多为电池或太阳能电池。然而，随着使用时间的延长，电池需要周期性更换，而太阳能电池由于太阳或者其它光源的限制，也只能提供短暂的电源。热电发生器作为一种自给自足的能源，它根据Seebeck效应能将热能直接转换为电能，在适合的温度下能保持实际上的无限的有效寿命，这使其作为一种能源领域的高新技术成为国际研究的热；οSeebeck效应是德国物理学家kebeck发现的一种热电现象。当在金属导体或者半导体材料上加上温度差ΔΤ时，会伴随产生电压AU。并且开路电压线性地正比于温差γ πAUa、=——s AT其中，as称作kebeck系数，也可称为热电功率。如果热电偶的两种构成材料的 kebeck系数分别为α b，则热电偶的Seebeck系数定义为aab = aa+ab当η对热电偶串联时，总的开路输出电压可表示为AUn:Δ Un = η · ( α ab · Δ Τ)根据kebeck效应而制作的热电发生器，其效率可由热电品质因数Z来表征ry2 · CTZ=-^-κ其中，σ是电导率，K是热导率，品质因数Z表示可用在热电发生器中的热电材料的热和电属性。由品质因数Z可以看出，提高热电发生器效率的关键之一是研制具有系数，低电阻率，低热导率的热电材料，另一方面，由于一般热电发生器的应用环境温差较小，这就必须将大量的热电偶串联起来，以便产生足够高的热电电压。因此，改进热电发生器的另一关键在于热电偶的集成密度的提高。就热电材料而言，碲化铋基热电材料是目前室温附近应用最好的热电材料，也是目前工业化成熟的热电半导体行业的原料；而且可以把体材料碲化铋热电偶的结构做到足够小的尺寸以提高集成密度。尽管如此，热电材料的性能受材料制备方法的影响极大，因此对于传统的方法，从材料的处理和制造碲化铋热电偶方面的极端困难转换为了极高的成本，从而导致最终产品的高成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种，其结构紧凑，使用成本低，制造工艺简单方便，发电效率高，适应性好，节能环保，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述新型微型热电发生器，在所述热电发生器的截面上，包括基板；所述基板内设有若干贯通基板的隔热腔；基板一侧表面上设置支撑层，所述支撑层上设有若干交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；支撑层上相邻交替分布的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并在支撑层上串接形成热电材料体，所述热电材料体的两端均设置电连接的键合电极；热电材料体上淀积有电绝缘层，所述电绝缘层覆盖热电材料体上；电绝缘层上淀积导热层，所述导热层的两侧设有隔热部；导热层上设有第一封装体，基板对应设置支撑层的另一侧设有第二封装体。所述支撑层包括生长于基板上的氧化硅层及淀积于所述氧化硅层上的氮化硅层。所述基板的材料包括硅。所述N型热电材料区及P型热电材料区通过导电多晶硅掺杂形成或由碲化铋热电材料制成。所述第一封装体与第二封装体均由陶瓷材料制成。一种新型微型热电发生器的制造方法，所述热电发生器的制造方法包括如下步骤a、提供基板，所述基板具有相对应的第一主面与第二主面；b、在所述基板的第一主面上设置支撑层；C、在上述支撑层上设置均勻分布的热电材料层，在支撑层上形成交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；d、在所述热电材料层上淀积导电层材料，选择性地掩蔽和刻蚀导电层材料，并形成导电层；上述相邻的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并串接成热电材料体，且在热电材料体的两端形成键合电极；e、对上述热电材料体及基板进行高温退火工艺，以增强导电层与N型热电材料区及P型热电材料区的电接触；f、在上述热电材料体上淀积电绝缘层材料，所述电绝缘层材料覆盖于支撑层及热电材料体上；g、选择性地掩蔽和刻蚀电绝缘层材料，刻蚀键合电极上的电绝缘层材料，形成电绝缘层；h、在上述电绝缘层上淀积导热层材料，所述导热层材料覆盖于相应的电绝缘层上；i、选择性地掩蔽和刻蚀导热层材料，在电绝缘层上形成导热层，所述导热层的两侧设有隔热部；j、对上述基板的第二主面进行光刻，得到贯通基板的隔热腔；k、对所述基板的第二主面利用第二封装体进行封装，且基板第一主面上的导热层利用第一封装体进行封装。所述步骤b中，先通过在基板上生长氧化硅层，并在所述氧化硅层上淀积氮化硅层，以此形成支撑层。所述步骤e中，退火温度为450度，退火时间为60分钟。所述步骤c中，热电层材料采用多晶硅时，包括如下步骤Si、在支撑层上淀积多晶硅层；s2、对上述多晶硅层进行光刻显影，在多晶硅层上注入N型离子，以形成N型热电材料区；S3、对上述多晶硅进行光刻显影，在多晶硅层上注入P型离子，以形成P型热电材料区；s4、刻蚀上述N型热电材料区与P型材料区外的多晶硅层，以使N型热电材料区与 P型热电材料区相隔离，且N型热电材料区与P型热电材料区交替分布。所述步骤c中，热电层材料采用金属热电材料时，包括如下步骤si 1、在支撑层上溅射N型热电金属材料，并通过光刻显影，刻蚀得到N型热电偶区域；sl2、在上述支撑层上淀积保护层，所述保护层覆盖于支撑层及N型热电偶区域上；sl3、选择性地掩蔽和刻蚀保护层，得到支撑层上的P型热电金属材料区域；sl4、在支撑层上溅射P型热电金属材料；sl5、对P型热电金属材料进行光刻显影，刻蚀得到P型热电偶区域；sl6、在上述保护层、N型热电偶区域及P型热电偶区域上淀积氧化硅介电层；sl7、选择性地掩蔽和刻蚀所述氧化硅介电层，得到位于氧化硅介电层上的接触孔，所述接触孔从氧化硅介电层的表面延伸到N型热电偶区域、P型热电偶区域；sl8、在上述氧化硅介电层上淀积连接金属层，所述连接金属层填充于接触孔内， 并覆盖在氧化硅介电层上；s 19、刻蚀所述接触孔外的连接金属层，得到位于接触孔内的通孔连接电极。本专利技术的优点基板上设置支撑层，支撑层上设置N型热电材料区及P型热电材料区，N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并串接成热电材料体， 能够提高发电效率；热电材料体两端设置键合电极，通过键合电极能够将相应的电能输出； 热电材料体上方设置导热层及隔热部，能够使热流在相应方向上传导，基板内的隔热腔能够绝热，同时避免热流在基板内传导；热电发生器的制备工艺与现有较成熟的IC制造工艺相兼容，制造工艺简单，批量产品成本低；单个热电单元结构尺寸可以做到很小，能够进行高密度的集成；由于采用了热电材料体对应的上下薄层分别具有导热层、隔热部和绝热的隔热腔，相比传统的硅基热电发生器，效率得到了提高；结构紧凑，降低使用成本，制造工艺简单方便，适应性好，节能环保，安全可靠。附图说明图1为热流在本专利技术内部的传导示意图。图2为图3的俯视图。图3为本专利技术的一种具体结构示意图。图4为图3中隔热部采用氧化硅的具体结构示意图。图5为本专利技术的另一种具体结构示意图。图6为图5中隔热部采用氧化硅的具体结构示意图。附图标记说明1-基板、2-支撑层、3a_N型掺杂多晶硅、北-P型掺杂多晶硅、4-第一导电层、5-第一电绝缘层、6-导热层、7-空气隔离腔、9-隔热腔、10本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新型微型热电发生器，在所述热电发生器的截面上，包括基板（１）；其特征是：所述基板（１）内设有若干贯通基板（１）的隔热腔（９）；基板（１）一侧表面上设置支撑层（２），所述支撑层（２）上设有若干交替分布的Ｎ型热电材料区及Ｐ型热电材料区；支撑层（２）上相邻交替分布的Ｎ型热电材料区与Ｐ型热电材料区通过导电层连接成等电位，并在支撑层（２）上串接形成热电材料体，所述热电材料体的两端均设置电连接的键合电极（１１）；热电材料体上淀积有电绝缘层，所述电绝缘层覆盖热电材料体上；电绝缘层上淀积导热层（６），所述导热层（６）的两侧设有隔热部；导热层（６）上设有第一封装体（１０），基板（１）对应设置支撑层（２）的另一侧设有第二封装体（２０）。

【技术特征摘要】
1.一种新型微型热电发生器，在所述热电发生器的截面上，包括基板(1)；其特征是 所述基板(1)内设有若干贯通基板(1)的隔热腔(9)；基板(1) 一侧表面上设置支撑层(2)， 所述支撑层( 上设有若干交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；支撑层(2)上相邻交替分布的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并在支撑层 (2)上串接形成热电材料体，所述热电材料体的两端均设置电连接的键合电极(11)；热电材料体上淀积有电绝缘层，所述电绝缘层覆盖热电材料体上；电绝缘层上淀积导热层(6)， 所述导热层(6)的两侧设有隔热部；导热层(6)上设有第一封装体(10)，基板⑴对应设置支撑层O)的另一侧设有第二封装体00)。2.根据权利要求1所述的新型微型热电发生器，其特征是所述支撑层( 包括生长于基板(1)上的氧化硅层及淀积于所述氧化硅层上的氮化硅层。3.根据权利要求1所述的新型微型热电发生器，其特征是所述基板(1)的材料包括娃。4.根据权利要求1所述的新型微型热电发生器，其特征是所述N型热电材料区及P型热电材料区通过导电多晶硅掺杂形成或由碲化铋热电材料制成。5.根据权利要求1所述的新型微型热电发生器，其特征是所述第一封装体(10)与第二封装体00)均由陶瓷材料制成。6.一种新型微型热电发生器的制造方法，其特征是，所述热电发生器的制造方法包括如下步骤(a)、提供基板(1)，所述基板(1)具有相对应的第一主面与第二主面；(b)、在所述基板(1)的第一主面上设置支撑层O)；(C)、在上述支撑层( 上设置均勻分布的热电材料层，在支撑层( 上形成交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；(d)、在所述热电材料层上淀积导电层材料，选择性地掩蔽和刻蚀导电层材料，并形成导电层；上述相邻的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并串接成热电材料体，且在热电材料体的两端形成键合电极(11)；(e)、对上述热电材料体及基板⑴进行高温退火工艺，以增强导电层与N型热电材料区及P型热电材料区的电接触；(f)、在上述热电材料体上淀积电绝缘层材料，所述电绝缘层材料覆盖于支撑层(2)及热电材料体上；(g)、选择性地掩蔽和刻蚀电绝缘层材料，刻蚀键合电极(11)上的电绝缘层材料，形成电绝缘层；(h)、在上述电绝缘层上淀积导热层材料，所述导热层材料覆盖于相应的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆，曹二林，陈岚，
申请(专利权)人：江苏物联网研究发展中心，
类型：发明
国别省市：32