[发明专利]使用传导性和电介质材料的交替纳米层的堆叠体的塞贝克/帕尔帖热电转换器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及塞贝克/帕尔帖(Seebeck/Peltier)效应热电转换器件，特别涉及使用通过一般平面工艺在甚至大尺寸的衬底上方沉积的导体或半导体材料层并具有可用与非临界光刻（noncritical lithographic）或绢网印花（serigraphic）技术限定的电触头的器件。 

背景技术

塞贝克效应是热电现象，根据此现象，在狭长导体或半导体的相对端处的温差会产生电。由物理学家Thomas J.Seebeck于1821年发现的该效应显示，在经受温度梯度 的传导性棒的两端处存在电势差。在包括不同材料A和B（处于温度T₁和T₂）之间的两个接点的电路中，两个接点之间的电势差由以下给出： 

V=∫T1T2[SB(T)-SA(T)]dT---(1)]]>

其中：S_A和S_B是与两种材料A和B有关的塞贝克系数（也称作热电力）。电压值典型地为约若干μV/K。塞贝克系数取决于材料、其绝对温度和其结构。塞贝克效应可开发用于制造适合于根据电路（所述电路由不同材料的线构成）中产生的电势差测量温差的器件（热电偶），或用于通过串行连接一定数目的热电偶产生电能（热电堆）。 

从微观观点看，当狭长导体的一端处于与另一端不同的温度时，电荷载流子（金属中的电子，半导体中的电子和空穴，离子导体中的离子）会扩散。较高温度的载流子将朝向较低温度区域扩散，只要狭长导体的较低温度部位和较高温度部位具有不同的载流子密度。在隔离的系统中，当热通过扩散过程沿整个导体均匀分布时，将达到平衡。 由电荷载流子的运动引起的热能的再分布产生热电流，并且当系统温度变得均匀时，这样的电流当然不存在。在其中两个接点保持于恒定温差下的系统中，热电流也将恒定，因此可观察到电荷载流子的恒定流动。载流子的迁移率因散射现象而降低，所述散射现象由材料晶格中存在的杂质、结构缺陷和晶格振动（声子）所致。因此，除材料中的声子谱外，材料的塞贝克系数非常显著地取决于杂质密度和晶体学缺陷。另一方面，局部上声子并不总是处于热平衡。正相反，它们按照温度梯度移动并且它们通过与电子或其它载流子以及与晶格缺陷相互作用而损失能量。如果声子-电子相互作用是主要的，则声子倾向于将电子推向狭长导体部分，在该过程中损失能量，因此有助于导体膜中的电场。在其中声子-电子散射现象占优的温度区域中，这种贡献甚至更为重要，即对于： 

T≈15θD---(2)]]>

其中θ_D是德拜(Debye)温度。在低于θ_D的温度下，较少的声子可用于能量传输，而在高于θ_D的温度下，它们倾向于通过相继的声子-声子碰撞而非重复的声子-电子碰撞而损失能量。 

将材料的热电品质因子定义为如下是有用的：