热电转换结构及使用其的散热结构制造技术

本发明专利技术涉及一种热电转换结构及使用其的散热结构，热电转换结构包括一热电转换单元、一吸热电极及一导电阻热层。热电转换单元具有相对的一第一端及一第二端。吸热电极设置于热电转换单元的第一端。导电阻热层设置于热电转换单元及吸热电极之间。散热结构包括彼此相邻排列的至少一第一热电转换结构及至少一第二热电转换结构。电子能穿隧导电阻热层，但声子会被导电阻热层阻隔。本发明专利技术的热电转换结构及散热结构，因电子仍能穿隧导电阻热层，维持热电转换结构及散热结构的导电率。且能借助导电阻热层使声子在介面因材料不匹配，产生散射机制，降低整体热传导率。

Thermoelectric conversion structure and heat radiation structure using the same

The invention relates to a thermoelectric conversion structure and a heat dissipation structure using the same, wherein the thermoelectric conversion structure comprises a thermoelectric conversion unit, an endothermic electrode and a conductive resistor thermal layer. The thermoelectric conversion unit has a relative first end and a second end. A heat absorbing electrode is arranged at the first end of the thermoelectric conversion unit. The conductive resistance thermal layer is arranged between the thermoelectric conversion unit and the heat absorbing electrode. The heat dissipation structure comprises at least a first thermoelectric conversion structure arranged adjacent to each other and at least a second thermoelectric conversion structure. The electron energy passes through the conductive layer, but the phonon is blocked by the conductive barrier. The thermoelectric conversion structure and the heat dissipation structure of the invention can maintain the conductivity of the thermoelectric conversion structure and the heat dissipation structure due to the fact that the electron can still pass through the tunnel guide resistor thermal layer. With the aid of the conductive thermal layer, the scattering mechanism of the phonon at the interface due to material mismatch is reduced, and the overall thermal conductivity is reduced.

【技术实现步骤摘要】
热电转换结构及使用其的散热结构
本专利技术关于一种热电转换结构及使用其的散热结构，尤其是一种利用帕耳帖(Peltier)效应的热电转换结构及使用其的散热结构。
技术介绍
目前散热的技术中，大多有利用风扇及热管等方式进行散热。然而，上述方法皆只能让所要散热的物体维持在室温或是室温之上的温度，无法将其温度降至室温以下。因此，有业者利用帕耳帖效应，制造出能够主动将热引导至特定方向的主动式致冷元件。如此致冷元件的原理，是在二种不同的金属材料接合成的线路上通以直流电，其中一介面端会放热而另一介面端则会吸热。由于是借助电流或电子流主动移动热量，而使得吸热端材料所降低的温度能够低于室温。其热通量为Q=ni。π为帕耳帖系数，I为外加电流。将电子元件放置于吸热端材料附近，能够使电子元件的热被带走。由于此种致冷元件具有安静、不需要动件以及可靠度高的特性，且加工可与集成电路整合，而适合应用在电子及光电元件的冷却。此外，还有业者将此致冷元件应用于迷你冰箱、迷你保温杯及迷你除湿机内的冷凝结构中。然而，由于致冷元件是由数个热电单元在电性上串联、热性上并联而成，因此金属以及热电单元的介面会存在电阻以及热阻。当热电单元的厚度降低时，此介面阻抗对致冷元件的恶化将更显著。介面电阻将造成焦耳热，而热阻将使得热回流的现象加剧，均导致热电致冷能力降低。
技术实现思路
有鉴于上述问题，本专利技术提供一种热电转换结构及使用其的散热结构，借助导电阻热层阻隔声子，但电子仍得以穿隧，并借助导电阻热层使声子在介面因材料不匹配，产生散射机制，降低整体热传导率。本专利技术提供一种热电转换结构，包括一热电转换单元、一吸热电极及一导电阻热层。热电转换单兀具有相对的一第一端及一第二端。吸热电极设置于热电转换单兀的第一端。导电阻热层设置于热电转换单元及吸热电极之间。电子能穿隧导电阻热层，但声子会被导电阻热层阻隔。上述的热电转换结构，其中，还包括一放热电极以及一导电散热层，放热电极设置于热电转换单元的第二端。导电散热层设置于热电转换单元及放热电极之间。导电散热层能迅速带走介面的热，以避免热回流，进而增进热电转换结构的散热效率。本专利技术还提供一种散热结构，包括彼此相邻排列的至少一第一热电转换单元及至少一第二热电转换单元、至少第一电极、一第二电极及多个导电阻热层。第一热电转换单元具有相对的一第一吸热端及一第一放热端。第二热电转换单兀具有相对的一第二吸热端及一第二放热端。第一电极衔接第一吸热端及第二吸热端。第二电极衔接第一放热端及第二放热端。多个导电阻热层分别设置于第一热电转换单元与第一电极之间，以及设置于第二热电转换单元与第一电极之间。上述的散热结构，其中，还包括多个导电散热层，分别设置于该第一热电转换单元与该第二电极之间，以及设置于该第二热电转换单元与该第二电极之间。根据本专利技术的热电转换结构及散热结构，因电子仍能穿隧导电阻热层，维持热电转换结构及散热结构的导电率。且能借助导电阻热层使声子在介面因材料不匹配，产生散射机制，降低整体热传导率。同时借助导电散热层使到达热电转换单元与导电散热层介面的热可以迅速传导至放热电极，避免热经由热电转换单元回流至吸热电极。藉此，使得吸热电极的温度能够降得更多且更快。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。【附图说明】图1为本专利技术的实施例的热电转换结构的剖视图；图2A为图1的导电阻热层的剖视图；图2B为本专利技术的另一实施例的导电阻热层的剖视图；图2C为本专利技术的另一实施例的导电阻热层的剖视图；图2D为本专利技术的另一实施例的导电阻热层的剖视图；图3为热电转换单元、导电阻热层及整体的热传导率的关系图；图4为热电转换单元及导电阻热层的厚度比值与整体的热传导率的关系图；图5A为本专利技术的实施例的散热装置的剖视图；图5B为本专利技术的实施例的散热结构的剖视图。其中，附图标记10热电转换结构11热电转换单元111 第一端112 第二端12吸热电极13、13b、13c、13d、23、23a 导电阻热层131、131，第一子层132 第二子层14放热电极15、25、25a导电散热层16、31 热源17、32 散热件20散热结构21第一热电转换单元211第一吸热端212第一放热端22、22a 第一电极24第二电极26第二热电转换单元261第二吸热端262第二放热端33、33a 隔层k0、kl、k2 热传导率X1、X2 厚度【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本专利技术的目的、方案及功效，但并非作为本专利技术所附权利要求保护范围的限制。请参照图1，为本专利技术的实施例的热电转换结构10的剖视图。本专利技术的热电转换结构10，包括一热电转换单元11、一吸热电极12及一导电阻热层13。热电转换结构10还包括一放热电极14、一导电散热层15。吸热电极12设置于热电转换单兀11的一第一端111。导电阻热层13设置于热电转换单元11及吸热电极12之间。电子及电洞的载子能穿隧导电阻热层13，但声子会被导电阻热层13阻隔。其中，由于导电阻热层13足以使载子(电子及电洞)穿隧导电阻热层13，因此不会影响电子及电洞的传导。导电阻热层13的厚度小于或与声子平均自由路径(phonon mean free path)相近时,会产生尺寸效应，由于两种材料界面不匹配(mismatch)而能造成声子在边界发生碰撞散射的行为更加明显，可降低导电阻热层13的等效热传导率(effective thermal conductivity),并降低热电转换结构10的整体的热传导率。于本实施例中，放热电极14设置于热电转换单兀11的相对于第一端111的一第二端112。导电散热层15设置于热电转换单元11及放热电极14之间。导电散热层15能使电子传导及声子穿透。其中，吸热电极12接触一热源16，放热电极14接触一散热件17。于本实施例中，热电转换单元11能例如以N型半导体或P型半导体构成。吸热电极12及放热电极14能分别选自钼、金、镍、钯、铜、铝、银、钛、钽、钨、钥、铬、钴、铁、锆、铪、钒、铱、钼合金、金合金、镍合金、钯合金、铜合金、铝合金、银合金、钛合金、钽合金、钨合金、钥合金、铬合金、钴合金、铁合金、错合金、铪合金、f凡合金、铱合金及其组合所构成的群组的其中之一，但不限于此。吸热电极12及放热电极14的制造方法包含物理气相沉积(Physical Vapor Deposition, PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition, CVD)>原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)及电镀法,但并不限于上述方法。于本实施例中，导电散热层15的厚度能小于lOOnm。导电散热层15能选自石墨烯、纳米碳管、纳米线及其组合所构成的群组的其中之一，但不限于此。更甚者，导电散热层15能以单层的石墨烯构成。导电散热层15的制造方式能利用化学气相沉积法，机械剥离法、磊晶成长法或氧化石墨烯化学还原法，但不限于此。于本实施例中，导电阻热层13的厚度为电子可穿隧导电阻热层13的厚度，因此不影响热电转换结构10的导电性。且导电阻热层13的厚度小于或与声子的平均自由路径相近，以使得声子在导电阻热层13产生边界本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热电转换结构，其特征在于，包括：一热电转换单元，具有相对的一第一端及一第二端；一吸热电极，设置于该热电转换单元的该第一端；以及一导电阻热层，设置于该热电转换单元及该吸热电极之间。

【技术特征摘要】
2012.07.13 TW 1011254141.一种热电转换结构，其特征在于，包括: 一热电转换单兀，具有相对的一第一端及一第二端； 一吸热电极，设置于该热电转换单元的该第一端；以及 一导电阻热层，设置于该热电转换单元及该吸热电极之间。2.如权利要求1所述的热电转换结构，其特征在于，该热电转换单元的厚度及该导电阻热层的厚度的比值为100至10000的范围。3.如权利要求1所述的热电转换结构，其特征在于，该导电阻热层包括: 至少一第一子层，该第一子层的材质选自氧化物、金属氧化物、氮化物、氮氧化物、金属氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其组合所构成的群组的其中之4.如权利要求3所述的热电转换结构，其特征在于，该第一子层的总厚度小于10nm。5.如权利要求1所述的热电转换结构，其特征在于，该导电阻热层包括: 至少一第一子层，该第一子层的材质选自氧化物、金属氧化物、氮化物、氮氧化物、金属氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其组合所构成的群组的其中之一；以及 至少一第二子层，该第二子层的材质选自金属娃化物、金属氮化物、金属氮娃化物、金属碳化物、金属碳硅化物、非晶形合金及其组合所构成的群组的其中之一。6.如权利要求5所述的热电转换结构，其特征在于，该第一子层的厚度小于10nm，该第二子层的厚度小于lOOnm。7.如权利要求1所述的热电转换结构，其特征在于，该吸热电极选自钼、金、镍、钯、铜、招、银、钛、钽、鹤、钥、铬、钴、铁、错、铪、f凡、铱、钼合金、金合金、镍合金、IE合金、铜合金、招合金、银合金、钛合金、钽合金、鹤合金、钥合金、铬合金、钴合金、铁合金、错合金、铪合金、钥；合金、铱合金及其组合所构成的群组的其中之一。8.如权利要求1所述的热电转换结构，其特征在于，还包括: 一放热电极，设置于该热电转换单元的该第二端；以及 一导电散热层，设置于该热电转换单元及该放热电极之间。9.如权利要求8所述的热电转换结构，其特征在于，该导电散热层选自石墨烯、纳米碳管、纳米线及其组合所构成的群组的其中之一。10.如权利要求8所述的热电转换结构，其特征在于，该放热电极选自钼、金、镍、钯、铜、招、银、钛、钽、鹤、钥、铬、钴、铁、错、铪、I凡、铱、钼合金、金合金、镍合金、IE合金、铜合金、铝合金、银合金、钛合金、钽合金、钨合金、钥合金、铬合金、钴合金、铁合金、锆合金、铪合金、钒合金、铱合金及其组...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓萱，郑淳护，周雅文，林育立，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：