[发明专利]一种集成热电发电机

说明书

在3D集成热电发电机(iTEG)的基板晶片上的集成Z‑器件结构的晶方可以三维异质集成模式、在没有或具有中介层晶片晶方的情况下进行堆叠，从而在它们之间进行相干热耦合。与谷底金属接头触点几何投影对应的穿过集成Z‑器件结构晶方的基板的半导体晶体厚度的穿通硅通孔(TSV)洞，以及与耦合Z‑器件结构的山顶金属接头触点几何投影对应的穿过中介层晶方的半导体晶体厚度的穿通硅通孔(TSV)洞具有铜或其它良好的热导体填充物，形成穿过堆叠的Z‑器件结构的低热阻热传导路径。热电生成的电流从在平面外热通量构造中操作的多层iTEG中的每个集成Z‑器件进行收集。

技术领域

本公开总体上涉及固态热电器件，具体地涉及适于利用平面处理技术和异质或混合3D 集成的相关技术制造的热电发电机(TEG)。

背景技术

热电发电机(TEG)除了由环保材料制成以外，还作为具有优异的坚固性、可靠性和几乎无限的服务寿命的低焓废热利用器件而被认真地研究。

随着越来越流行的电子器件的功耗不断地被最小化，TEG开始被认为是结合或者甚至代替电池或诸如超级电容器的其它能量存储器件的补充电源。

有越来越多数量的出版物涉及薄膜技术TEG，其利用在微电子和微机电系统(MEMS) 中开发的良好建立的处理技术，诸如平面处理、微加工植入和后植入处理、倒装芯片 (flip-chip)和键合技术等等。

由佛罗里达大学的Israel Boniche于2010年的博士论文“Silicon-Micromachined Thermoelectric Generators for Power Generation from hot gasstreams”以及由巴塞罗那自治大学的Diana Davila Pineda于2011年的博士论文“Monolithic integration of VLS silicon nanowires into planar thermoelectricgenerators”提供了用于固态热泵和发电机的热电器件领域中最先进实践的广泛介绍性综述。

该综述还包括用硅相容的微米和纳米技术制造的两个TEG族：在第一族的器件中，热流是平行的，而在另一族中，热流垂直于基板。这些集成TEG的体系架构通常包括具有n-p掺杂管脚(leg)的多个单位单元，其以单位单元被热并联且电串联的方式进行布置。

通常，其中热流平行于基板的集成TEG器件可以具有沉积在非常高的热阻材料或膜上、悬浮在基板上方几百微米的热电活性材料的导电管脚，或者活性材料本身的管脚是不需要支撑物的[无膜]。

1.其它相关例子在以下中报告：

2.Huesgen,T.；Wois,P.；Kockmann,N.Design and fabrication of MEMSthermoelectric generators with high temperature efficiency.Sens.Actuators A2008,145–146,423–429。

3.Xie,J.；Lee,C.；Feng,H.Design,fabrication and characterization ofCMOS MEMS-based thermoelectric power generators.J.Micromech.Syst.2010,19,317–324。

4.Wang,Z.；Leonov,V.；Fiorini,P.；van Hoof,C.Realization of a wearableminiaturized thermoelectric generator for human bodyapplications.Sens.Actuators A 2009,156,95–102。