用于赛贝克效应热电发电机的微结构及制作该微结构的方法技术

一种制造热电微结构(10)的方法，包括：形成具有第一连接区域(18)和第二连接区域(20)的绝缘基板；在基板(12)上形成沿从第一(18)到第二(20)连接区域的第一方向平行延伸并具有第一赛贝克系数的导体或半导体部件(14)的第一组合件；在基板(12)上形成与第一组合件电绝缘、沿从第一(18)到第二(20)连接区域的与第一方向不同的第二方向平行延伸并具有与第一赛贝克系数不同的第二赛贝克系数的导体或半导体部件的第二组合件(22)；在第一和第二连接区域(18，20)中提供电连接部件(24)，每个电连接部件都把第一组合件的至少一个部件(14)与第二组合件的至少一个部件(22)电连接；其中，单一组合件的两个导体或半导体部件(14，22)在连接区域(18，20)中沿着预定方向间隔开预定平均距离(d1，d2)；连接部件(24)沿预定方向的平均尺度(P)大于单一组合件的部件之间的平均距离(d1，d2)的最大值；以及两个连接部件(24)的边缘之间沿预定方向的距离(E)小于单一组合件的部件之间的平均距离(d1，d2)的最小值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及赛贝克(kebeck)效应热电微型发电机，换句话说涉及把热能转换成电能的结构，其功能部件小于一毫米。
技术介绍
Seebeck效应热电发电机的功能是把经受的温度梯度转换成电流。该属性例如用于像这样的电流生成，但还用于冷却或测量温度或热流。热电发电机因此通常用于微机电系统，更熟知为首字母缩写MEMS。为了根据温度梯度生成电流，使用具有不同Seebeck系数的材料(在电气方面串联以及在热方面并联)来构建结组合件，诸如串联连接的p-n结。无论用于这些连接的结构的类型如何，是平面结构(如文献US6872879中所述)还是列结构(如文献"Thermoelectric microdevice fabricated by a MEMS-Iike electrochemical process", G. Jeffery Snyder 等人，自然材料，第 2 卷，2003 年 8 月，www. nature, com/naturematerial)，不同部件的微观结构(尺度小于1毫米的形成例如结的导体或半导体部件或连接部件)通常要求非常精确地对齐工艺以便使所述结形成为获得长的结系列，作为热电效率的保证。事实上，需要实施使用精度设备的许多步骤以便制作热电微结构。事实上，现有技术的热电微结构通常是昂贵的并且花费较长时间制作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出用于制作热电微结构的简明方法，其不需要使用非常精确的对准，此外同时保证所述结构针对结失效的增强的耐用性。为此，本专利技术的目的是一种用于制造赛贝克效应热电微结构的方法，包括以下步骤-形成具有第一连接区域和第二连接区域的绝缘基板；-在基板上形成沿从第一连接区域到第二连接区域的第一方向平行延伸的导体或半导体部件的第一组合件，所述部件具有第一赛贝克系数；在基板上形成沿从第一连接区域到第二连接区域的第二方向平行延伸的导体或半导体部件的第二组合件，第二方向与第一方向不同，第二组合件的部件与第一组合件的部件电绝缘，第二组合件的部件具有与第一赛贝克系数不同的第二赛贝克系数；以及在基板的第一连接区域和第二连接区域中提供电连接部件，电连接部件的尺度被选择为使得所述连接部件中的每一个都能够把第一组合件的至少一个部件与第二组合件的至少一个部件电连接。根据本专利技术单一组合件的两个导体或半导体部件在连接区域中沿着预定方向间隔开预定平均距离；连接部件沿预定方向的平均尺度大于单一组合件的部件之间的平均距离的最大值；以及两个连接部件的边缘之间沿预定方向的距离小于单一组合件的部件之间的平均距离的最小值。换种说法，在制作本专利技术的微结构的第一阶段，可形成后续要用于结的部件，不必担心在单个组合件中的对准并且不论第一组合件相对于第二组合件的精确相对朝向如何。 在第二阶段，这些部件然后被互连以形成使用连接器的结，连接器的平均尺度大于连接区域中的部件之间的间隔的两倍。通过这样进行，则必定形成电气串联的多个结。此外，因为连接器的较大尺寸，使多个结序列并联，以使得如果一个结断开，则仍存在并联电流路径。然而在现有技术中，目的是获得一个且仅一个电结序列，事实上需要部件的精确对准，本专利技术利用以下事实把多个两个相邻部件连接在一起没有任何不利，正相反会导致更好的耐用性。因此，在本专利技术中，优选地寻找电连接的最大密度，以便尤其增加并联的电路径并且因此最终提高结构的耐用性，但也尽可能消除这些连接相对于构成结的部件的精确定位的需要。因为这样就不必寻求仅两个部件的连接，所以该方法并不需要高精确等级， 这简化了结构的制造。根据本专利技术，第一组合件和第二组合件可以分别形成在绝缘基板的相反表面上， 以及所述连接部件的提供包括在表面之间穿过基板的电连接的提供，尤其包括穿过基板的至少一个孔的形成然后是孔内的导体接触的形成。更具体地，连接部件沿预定方向的平均尺度大于单一组合件的部件之间的平均距离的最大值的两倍。根据另一配置，导体或半导体部件是带、导线、纳米线和/或单晶纤维。作为替代方式，导体或半导体部件可由具有各向异性导电性的薄膜构成。本专利技术的另一目的是用于赛贝克效应热电发电机的微结构，包括绝缘基板，具有第一连接区域和第二连接区域；在基板上沿从第一连接区域到第二连接区域的第一方向平行延伸的导体或半导体部件的第一组合件，所述部件具有第一赛贝克系数在基板上沿从第一连接区域到第二连接区域的第二方向平行延伸的导体或半导体部件的第二组合件，第二方向与第一方向不同，第二组合件的部件与第一组合件的部件电绝缘，第二组合件的部件具有与第一赛贝克系数不同的第二赛贝克系数；以及在第一连接区域和第二连接区域中的电连接部件，电连接部件把第一组合件的至少一个部件与第二组合件的至少一个部件电连接。根据本专利技术单一组合件的两个导体或半导体部件在连接区域中沿着预定方向间隔开预定平均距离；连接部件沿预定方向的平均尺度大于单一组合件的部件之间的平均距离的最大值；以及两个连接部件的边缘之间沿预定方向的距离小于单一组合件的部件之间的平均距离的最小值。根据前述方式制作的该结构是耐用的并易于制作。附图说明通过阅读仅作为示例给出并与附图相关提供的以下说明可以更好地理解本专利技术， 其中图1是从根据本专利技术的热电微结构的前部的简图；图2是沿着图1中的微结构的II-II轴线的横截面简图；图3和图4是示出本专利技术的微结构中的导体或半导体部件的布局的简图；图5是从具有旨在与图3和图4的布局组合的接触孔的绝缘基板的前部的简图； 以及图6是本专利技术的微结构的堆叠的简图。 具体实施例方式此处在下文中，表述“顶”、“底”、“右”和“左”是针对图1定义的。在图1和图2中，根据本专利技术的用在微电子学中的例如使用薄层技术制成的赛贝克效应热电微结构10的第一实施例包括-绝缘材料的薄基板12，例如衬底或薄膜；-在绝缘基板12的第一表面上实施的由导体或半导体材料制成的带14的组合件。 带14彼此基本平行地形成并均勻间隔开，从基板12的第一区域18(布置在基板的顶边缘) 延伸到基板12的第二区域20 (布置在基板的底边缘)；-在基板12的与第一表面相反的第二表面上实施的由导体或半导体材料制成的带22的组合件(以点线示出)。带22也彼此基本平行地形成并均勻间隔开，从第一区域 18延伸到第二区域20。带22还具有与带14的方向不同的方向；-金属连接接触M的组合件，穿过绝缘基板12并在区域18和20中实施。例如椭圆形横截面的金属接触对均勻间隔开并且使第一和第二组合件的带14、22电连接在一起； 以及-沿着基板12的左和右边缘形成的金属集电器接触沈、28，金属集电器接触沈只与带14接触而金属集电器接触观只与带22接触。带14和22的材料不同以便具有不同的赛贝克系数。例如，带14由具有正赛贝克系数的P型半导体材料构成，而带22由具有负赛贝克系数的N型半导体材料构成。带14 和22的半导体材料是从以下中选择的=Bi2Te^Bi2Sii3和Sb2I^3的固溶体，基于Si或SiGe、 硅化物、锗化物的材料，基于Mg2Si、Mg2Ge或Mg2Sn的固溶体，或诸如I^bTe或H^exTeh的其它材料。优选地，带14和22的材料被选择为具有绝对值大于200μ V/K的赛贝克系数差。 这样，这些材料具有宽的ZT系数，更具体地具有大于或等于1的ZT系数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳塔利奥·明戈比斯克特，特里斯坦·卡罗夫，马克·普利索尼耶，文森特·勒蒙迪埃，王诗东，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：