[发明专利]热电器件及其形成方法、感温传感器和热源图像传感器

说明书

技术领域

这里公开的本发明涉及一种热电器件和形成该热电器件的方法、使用该热电器件的感温传感器和热源图像传感器，更具体地，涉及一种热电器件、感温传感器和使用纳米线的热源图像传感器。

背景技术

将热能转换为电能的热电器件属于可以满足近期的能源和生态环境友好政策的一种代表性的技术领域。热电器件的热源可以包括各种热，例如，太阳热、汽车废热、地热、体热和地球上的放射热(radioactive heat)。

热电效应是由Thomas Seebeck于19世纪发现的。Seebeck将铋和铜连接起来，并在其中设置了罗盘(compass)。通过展示当加热铋的一侧到较高温度由于温度差而诱导了电流，Seebeck第一次证实了热电效应，并且由于诱导电流而产生的磁场使得罗盘运行起来。

ZT(性能因数(figure ofmerit))值作为评估热电效率的指示器。ZT值与Seebeck系数和电导率的平方成正比，而与热导率成反比。这些很大程度上依赖于材料的固有特性。对于金属，由于Seebeck系数值非常低、是大约几μN/K的水平，且根据Wiedemann-Franz规则，电导率和热导率之间具有比例关系，所以当使用金属时，ZT值可能不会提高。另一方面，通过科学家对半导体材料的不懈研究，采用体热和放射热作为热源的热电器件已经进入了市场。然而，市场规模还很小。已经商业化的用于热电器件的材料的例子包括用于常温和中等温度的Bi₂Te₃和用于高温的SiGe。常温下Bi₂Te₃的ZT值为大约0.7，在约120℃的温度下其最大ZT值为大约0.9。常温下SiGe的ZT值为大约0.1，在900℃的温度下其最大ZT值为大约0.9。

对在半导体工业中作为基础材料的硅的研究也吸引大量的注意。既然硅由于其大约150W/m·K的高的热导率而具有为大约0.01的ZT值，所以已知其难以用作热电器件。然而，最近已经报道了，通过化学气相沉积生长的硅纳米线的热导率可以减小到约0.01倍或更小，从而其ZT值接近1。

然而，采用典型技术的硅纳米线基(nano-line-based)热电器件的集成和商业化是有困难的，其中一个困难可能是没有能批量生产的纳米线制造方法。大多数制造方法包括利用催化剂方法或者非催化剂方法在加热炉中单独地生长。然而，该单独生长的方法具有以下两个限制。第一，纳米线可能不会在一个方向上连续地生长，而且一些纳米线会在不希望的方向上生长，从而阻碍其他纳米线的生长。这成为获得高品质纳米线的主要限制。第二，在加热炉中单独生长的纳米线被移动到器件处，然后不得不附接到该器件。也就是，由于纳米线和器件不是一体制成的，所以难以实现批量生产。而且，由于在这个过程中花费了很多时间，生产成本显著地增加。

发明内容

本发明提供了一种易于制造的热电器件及其制造方法、采用该热电器件的感温传感器和热源图像传感器。

本发明的实施例提供了热电器件，包括：位于基板上的第一纳米线和第二纳米线，第一纳米线和第二纳米线彼此分开；连接到第一纳米线的一端的第一硅薄膜；连接到第二纳米线的一端的第二硅薄膜；以及连接到第一纳米线和第二纳米线的另一端的第三硅薄膜，其中第一纳米线和第二纳米线以平行于基板的上表面的方向延伸。

在一些实施例中，硅薄膜和纳米线可以设置在同一面上。

在其他实施例中，硅薄膜和纳米线可以具有相同的厚度。

还是在其他实施例中，热电器件还可以包括：第一、第二和第三金属薄膜，分别电连接到硅薄膜；以及电连接到第三金属薄膜的吸收体。

仍在其他实施例中，该吸收体可以吸收热量，且可以通过第三金属薄膜将热量传送到第三硅薄膜。

仍然在其他实施例中，第一和第二纳米线可以包括硅。

在进一步实施例中，第一纳米线可以包括n型掺杂剂，第二纳米线可以包括p型掺杂剂。

还是在进一步的实施例中，第一硅薄膜、第二硅薄膜和第三硅薄膜还可以分别包括掺杂区域，而且掺杂区域可以与连接到第一、第二和第三金属薄膜的接触形成欧姆接触。

甚至在进一步的实施例中，第一、第二和第三金属薄膜可以包括相同的材料。

仍在进一步的实施例中，第一、第二和第三金属薄膜可以包括Cu、Al、Ti、Co、TiN和W中的至少一种。

仍在进一步的实施例中，热电器件还可以包括设置在基板上的绝缘层，其中硅薄膜和纳米线设置在绝缘层上。