[发明专利]通过蚀刻半导体晶片制造的低维热电装置无效
申请号: | 200780017100.3 | 申请日: | 2007-04-23 |
公开(公告)号: | CN101449403A | 公开(公告)日: | 2009-06-03 |
发明(设计)人: | 法齐拉·塞克;弗雷德·沙里菲 | 申请(专利权)人: | 通用电气公司 |
主分类号: | H01L35/30 | 分类号: | H01L35/30;H01L35/34 |
代理公司: | 北京市柳沈律师事务所 | 代理人: | 封新琴 |
地址: | 美国*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 通过 蚀刻 半导体 晶片 制造 热电 装置 | ||
技术领域
本发明总体上涉及传热和发电装置,更具体地涉及固态传热装置。
背景技术
传热装置可用于各种加热/冷却和发电/热回收系统,例如制冷、空调、 电子冷却、工业温度控制和通过废热回收发电。这些传热装置还可调节以 满足具体系统和环境的控热需要。然而,现有的传热装置如依赖于制冷循 环的装置是环境不友好的,具有有限的寿命,并且由于机械部件如压缩机 和制冷剂的使用而体积庞大。
与之相比,固态传热装置具有一定的优势,例如高的可靠性、减小的 尺寸和重量、降低的噪音、低的维护成本和更加环境友好。例如,热电装 置通过经由n型和p型半导体热电元件的电荷流动来传热,所述n型和p 型半导体热电元件形成串联(或并联)电连接且并联热连接的结构。然而,现 有的热电装置由于成本较高且效率低而限于小规模的应用,例如汽车座椅 冷却器、卫星和航天探测器中的发电机和电子设备中的局部控热。
在给定的操作温度下,热电装置的传热效率可由品质因数表征,品质 因数取决于该装置所用热电材料的塞贝克系数、导电率和导热率。已利用 多种方法通过改善品质因数值来提高热电装置的传热效率,其中大多集中 于低维热电结构。例如,在一些传热装置中采用二维超晶格热电材料来增 大这些装置的功率因数值(见例如Hicks等的"Experimental study of the effect of quantum-well structures on the thermoelectric figure of merit,"Phys.Rev.B, vol.53(16),R10493-R10496,1996)。这些装置可能需要通过例如分子束外延 或气相沉积等方法沉积二维超晶格热电材料。其它装置采用一维纳米棒系 统(参见2005年5月26日提交的美国专利申请No.11/138,615)。然而,所 有这些装置均采用“自下而上”沉积方法制造。因而,成功制造这些装置需要 沉积技术的大力发展,以使沉积技术对掺杂、结晶度、纯度和其它相关参 数给予足够的控制以产生可靠、高效的热电性能。
因而,需要提供通过改善其品质因数获得提高的效率的传热装置,以 及制造这种装置的经济的方法。此外,有利的是提供能够调节以满足具体 系统和环境控热需要的装置。
发明内容
在一些实施方式中,本发明涉及包括纳米结构热电元件的热电装置, 所述纳米结构热电元件通过蚀刻掺杂半导体晶片(大多可商购)形成。本发明 还涉及制造和使用所述热电装置的方法,以及使用所述装置的系统。所述 装置及其制造的特征在于采用“自上而下”方法形成其中使用的纳米结构热 电材料或低维热电材料,因而使用通过经大量文献证实的方法(提供装置就 绪厚度(device-ready thickness)和装置品质纯度(device-quality purity))制备的 材料。
在上述一些实施方式中,本发明涉及热电装置,所述热电装置包括: (a)其上设置有第一图案化电极的第一导热基底;(b)其上设置有第二图案 化电极的第二导热基底,其中布置所述第一和第二导热基底以使第一和第 二图案化电极形成连续电路;(c)位于第一和第二图案化电极之间的多个热 电元件,其中所述热电元件包括纳米结构,并且其中所述纳米结构通过电 化学蚀刻半导体材料形成;以及(d)设置在多个热电元件与第一和第二图案 化电极中至少一个之间的连接材料。
在上述一些实施方式中,本发明涉及制造热电装置的方法,该方法包 括以下步骤:(a)提供其上设置有第一图案化电极的第一导热基底;(b)提 供其上设置有第二图案化电极的第二导热基底;(c)在第一和第二图案化电 极之间设置多个热电元件,其中所述热电元件包括纳米结构,并且其中所 述纳米结构通过电化学蚀刻半导体形成;以及(d)在多个热电元件与第一和 第二图案化电极之间设置连接材料。
以上十分宽泛地概述了本发明的特征,从而能够较好地理解以下对本 发明的详细描述。随后将描述构成本发明权利要求主题的本发明的附加特 征和优势。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优势,现结合附图参考以下描述,其中:
图1为根据本发明一些实施方式包括传热装置的系统的示意图;
图2为根据本发明一些实施方式包括传热装置的发电系统的示意图;
图3为根据本发明一些实施方式的传热单元的截面图;
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