[发明专利]一种低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法

说明书

本发明公开一种低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法，该方法利用价格低廉的厚负性光刻胶干膜代替SU‑8负性环氧树脂基光刻胶及其他类型较难加工和移除的光刻胶作为模板；以表面光滑导电材料作为基底；低能低成本曝光光源将光刻胶干膜与导电材料结合，依次制作出P型和N型热电腿的微区；在热电材料微区依次电化学沉积P型、N型热电腿阵列；最后移除光刻胶模板，转移热电腿阵列到绝缘基底；热电腿阵列组装，集成，最后制备出卷绕式、轮辐式、多层叠加式等任意形状集成化微型薄膜热电器件。本发明设计出一种利用价格低廉操作过程简单的光刻胶干膜作为电镀模板结合电化学沉积方法，实现集成化薄膜热电器件的低成本快速大量制备。

技术领域：

本发明涉及一种低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法，其属于热电换能材料和微能源器件的加工和集成领域。

背景技术：

近年来，随着对微电子设备供能的需求，以及热电器件相对于其他发电和制冷器件具有无机械运动部件，固体中传导电子，无振动噪声，使用寿命长而受到人们的广泛关注。传统的热电制冷器件体积大，热电腿往往是通过铸造、切割、焊接等传统机械加工工艺完成，随着小型电子设备例如可穿戴电子设备，小型传感器等的应用，现有的机械加工制备出的热电器件已经不能满足集成度越来越高的小型电子设备的供能问题了，其加工工艺的精度更是达不到微米量级。

由于热电器件的功率密度与器件本身尺寸成反比，所以微型薄膜热电器件逐渐被用来解决小型电子设备的能源问题，进而引起人们的广泛关注。微型器件相比大型设备集成密度很高，能够集成相当数量的热电偶，在两端温差较小的情况下就能产生较大电压，能够用于生活中一些低品位热源的回收利用，例如人体体表，地热等。作为新型的热电器件，微型热电器件在发电、制冷和传感器等领域得到了非常广泛的应用。但是现有的微型薄膜热电器件的制备方法非常的昂贵、耗时而且复杂，并且往往需要特定的镀膜设备。例如磁控溅射、分子束外延、化学气相沉积等。

厚膜光刻模板不受热电材料影响，分辨率高，制作的热电腿形态光滑，是制备精密微电子器件的不二选择，但是其制作成本高，过程复杂，不利于微型薄膜热电器件的广泛应用。SU-8负性光刻胶由于其厚膜的特性而被广泛用于微型电子设备制作工艺中的光刻模板，传统的微加工应用的SU-8存在两个主要的问题，一个是层厚的控制还有厚度的均匀性。一般都通过旋涂控制膜厚，但在实际操作中却非常困难。并且其后烘、硬烘的处理步骤导致热电腿形态受到光刻胶热膨胀表面张力的破坏，严重降低了热电器件的输出性能。

不仅如此，其曝光光源所用的不论是紫外、电子束还是X射线曝光设备，都非常昂贵，并且需要专门的黄光实验室，流程过于复杂，导致微型热电器件制作成本大大增加，不利于微型热电器件的广泛应用。无机热电材料在复杂的流程中由于本身比较脆，容易出现裂纹而被破坏。

本专利提供一种低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法，可制作任意形态薄膜热电腿，卷绕式、轮辐式以及层状堆叠式均适用。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于：传统的热电器件机械加工方法不适用于微型薄膜热电器件的制备，达不到微米量级，现有的薄膜热电器件的光刻制备工艺又过于复杂，昂贵。因而提出一种结合光刻模板分辨率高和电化学沉积低成本优势的低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法。

本发明所采用的技术方案有：一种低成本可快速大量制备集成化微型薄膜热电器件的制造方法，包括如下步骤：

(1)以表面光滑导电材料作为基底，对导电材料进行超声清洗，除油，烘干以及单面绝缘处理；

(2)将光刻胶模板加温加压贴合于导电材料上；

(3)通过曝光、显影，将设计好的P型和N型热电阵列微区转移到光刻胶模板上；

(4)将处理好的基底连同光刻胶模板一起放入2-10％的酸中浸泡1-5min，活化，电化学沉积P型和N型热电材料；