[发明专利]一种双凸台结构的热电能量采集器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于热电转化技术领域，涉及一种双凸台结构的热电能量采集器及其制作方法。

背景技术

热电转换技术是一种基于材料的塞贝克效应将热能直接转化成电能的电力技术。作为一种新能源和可再生能源的利用技术，由于其体积小、质量轻、寿命长、无机械运动部件、绿色环保等优点，热电转换技术引起了国内外科研人员的广泛关注。热电转换技术能够充分利用工业余热、废热、地热等低品位能源，为解决能源危机带来新的希望。

由于每个热电单元输出的电压很低，为了获得较高的电压以满足实际应用的需求，通常将很多热电偶对串联成热电堆，从而获得具有较高输出电压的热电能量采集器。

根据热流流经方向的不同，热电能量采集器主要分为垂直结构和平面结构。垂直结构由于热电偶臂端面与导热衬底接触面积较大，有良好的接触，可以降低接触热阻和接触电阻。但目前大多数垂直结构的热电能量采集器所采用BiTe等化合物，对人体和环境有害，且与CMOS-MEMS工艺不兼容，很难实现低成本的批量化生产。平面结构一般为热流方向沿热电偶臂与导热衬底平行的薄膜热电偶器件。相比垂直结构的热电能量采集器，平面结构的器件热流路径不及前者，但由于其具有较小的接触面，从而导致器件具有较高的集成度。但是由于器件内部的接触电阻和接触热阻都比较大，以及制备这种结构所使用的材料本身热电优值系数低，导致器件的温差利用率低、输出功率较小。

热电能量采集器的研究工作主要集中在两方面：1、寻找易于加工的具有高优值系数的热电材料；2、优化器件结构，使温差尽可能的落在热电偶臂两端。热电能量采集器的发展目标是运用具有较高热电优值系数的材料制备易于加工和集成的具有良好热流路径的器件。

因此，如何提供一种新型热电能量采集器及其制作方法，以提高热电能量采集器的集成度、提升器件的温差利用率和发电功率，并降低生产成本，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双凸台结构的热电能量采集器及其制作方法，用于解决现有技术中热电能量采集器集成度不高、温差利用率差、成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双凸台结构的热电能量采集器的制作方法，包括以下步骤：

S1：提供一自下而上依次包括第一导热板、第一绝缘层及第一类型掺杂结构层的基板；

S2：刻蚀所述结构层，形成若干分立的并由所述第一绝缘层隔离的双凸台结构；所述双凸台结构包括底部凸台及形成于所述底部凸台上的顶部凸台，其中，所述底部凸台及顶部凸台均具有倾斜侧壁，且所述顶部凸台在水平面上的投影面积小于所述底部凸台在水平面上的投影面积；

S3：形成覆盖所述双凸台结构的第二绝缘层；

S4：在所述第二绝缘层上形成若干分立的第二类型掺杂多晶硅块；所述多晶硅块的一端与一个所述双凸台结构的底部凸台部分重叠、另一端与另一个所述双凸台结构的底部凸台及顶部凸台部分重叠；

S5：制作与所述底部凸台连通的第一导电块及与所述顶部凸台连通的第二导电块，使所述双凸台结构与所述多晶硅块通过所述第一导电块及所述第二导电块相互交替依次相连；

S6：提供第二导热板，将所述第二导热板与所述双凸台结构顶部连接。

可选地，于所述步骤S1中，所述基板的形成方法包括：

S1-1：提供第一硅片及第二硅片，将所述第一硅片及第二硅片表面氧化，形成二氧化硅层；

S1-2：将所述第一硅片及第二硅片键合，其中，所述第一硅片及第二硅片键合面上的二氧化硅层作为所述第一绝缘层；

S1-3：将所述第一硅片作为所述第一导热板，并将所述第二硅片减薄至预设厚度作为所述结构层。

可选地，于所述步骤S2中，采用湿法腐蚀刻蚀所述结构层。

可选地，于所述步骤S2中，所述顶部凸台及底部凸台的纵截面均为梯形。

可选地，于所述步骤S3中，还包括刻蚀所述第二绝缘层，形成暴露出部分所述底部凸台的第一接触孔以及暴露出部分所述顶部凸台的第二接触孔，并通过所述第一接触孔及第二接触孔分别对所述底部凸台及顶部凸台进行第一类型重掺杂的步骤。

可选地，所述步骤S4包括：

S4-1：在所述第二绝缘层上沉积多晶硅层；

S4-2：对所述多晶硅层进行第二类型离子注入；

S4-3：图形化所述多晶硅层，得到若干所述第二类型掺杂多晶硅块；

S4-4：在所述第一接触孔及第二接触孔相对应的位置对所述多晶硅块开孔，分别暴露出部分所述底部凸台及顶部凸台。