[发明专利]具有三维微结构的热电换能器和制造该换能器的方法

权利要求书

1.一种用于利用至少一个热元件来相互转换热能和电能的热电换能器（1），该热电换能器具有至少一个自承载的三维微结构（10），所述至少一个微结构包括：

-至少一个第一微柱（11），所述至少一个第一微柱具有第一微柱纵向伸展（111）、第一微柱直径（112）和至少一种具有第一热电动势的第一微柱材料（110），和

-至少一个第二微柱（12），所述至少一个第二微柱具有第二微柱纵向伸展（121）、第二微柱直径（122）和至少一种具有与第一微柱材料相比不同的第二热电动势的第二微柱材料（120），

其中

-这些微柱在纵向伸展（111,121）方面基本上相互平行地布置，

-微柱直径（112,122）从0.1μm至200μm的范围中选择，

-这些微柱（11,12）分别具有处于20至1000的范围中的纵横比，以及

-这些微柱作为热电偶（15）相互耦合以构造热电压。

2.根据权利要求1的热电换能器，其中第一微柱材料和/或第二微柱材料从铋、锑、碲和铅以及它们的化合物构成的组中选择。

3.根据权利要求1或2的热电换能器，其中从0.3μm至200μm的范围中选择微柱直径。

4.根据权利要求1至3之一的热电换能器，其中微柱相互上下叠置地被布置为具有总体纵向伸展（131）的总体微柱（13）。

5.根据权利要求1至4之一的热电换能器，其中至少一个微柱的微柱纵向伸展或者总体微柱的总体微柱纵向伸展是从50μm至10mm的范围中选择的，并且尤其是从100μm至1mm的范围中选择的。

6.根据权利要求1至5之一的热电换能器，其中微柱被并排布置，使得在这些微柱之间产生微柱间隙（14），其中微柱间隙（14）具有在这些微柱之间的从0.3μm至100μm的范围中选择的微柱距离（141）。

7.根据权利要求1至6之一的热电换能器，其中在处于相邻微柱之间的微柱间隙中布置有至少一个用于将微柱相互去热耦合的装置（142）。

8.根据权利要求7的热电换能器，其中用于去热耦合的装置是具有小于10^-2mbar的气压的真空。

9.根据权利要求1至8之一的热电换能器，其中所述微结构具有至少一个用于将热能耦合输入到热电偶中和/或用于将热能从热电偶耦合输出的热耦合设备（17）。

10.根据权利要求9的热电换能器，其中所述热耦合设备具有用于以热吸收辐射（18）形式吸收热能和/或用于以热发射辐射的形式发射热能的热功能层（171）。

11.根据权利要求1至10之一的热电换能器，其中所述微结构布置在微结构载体（16）上。

12.根据权利要求1至11之一的热电换能器，其中具有用于读取热电偶的热电压的读取设备（191），和/或用于利用热控制电压控制热电偶的控制设备。

13.根据权利要求12的热电换能器，其中所述读取设备和/或所述控制设备集成在微结构的微结构载体中。

14.根据权利要求12或13的热电换能器，其中所述读取设备和/或所述控制设备集成在与微结构载体不同的电路载体（19）中。

15.根据权利要求14的热电换能器，其中所述微结构载体和电路载体通过倒装芯片技术相互连接。

16.根据权利要求1至15之一的热电换能器，其中所述微结构具有多个热电偶并且多个热电偶串联地相互耦合，使得热电偶的热电压之和基本上产生多个热电偶的总体热电压。

17.一种用于制造根据权利要求1至16之一的热电换能器的方法，具有以下方法步骤：

a)提供具有模板材料（201）的模板（20），其中模板具有基本上与热电换能器的微结构相反的三维模板结构（202），所述模板结构具有柱状的模板空腔（203），

b)将微柱材料布置在柱状空腔中，使得形成微柱，以及

c)至少部分地去除模板材料。