[发明专利]硅集成的平面外热通量热电发电机

说明书

增强的电场利用在基板晶片(1)上的平面外热通量构造的集成热电发电机(iTEG)实现，其中基板晶片(1)具有连接多晶半导体片段的限定薄膜线的交替p‑掺杂和n‑掺杂的片段(4，5)的并置端的山顶接头金属触点(7)和谷底接头金属触点(6)，其在具有比所述热电活性多晶半导体的热导率低的热导率的材料的山丘(3)的倾斜相对侧翼上延伸，通过使山丘(3)当中的谷空间(V)保持为空的并且由平面不导电覆盖物(8)限定在顶部，具有限定在耦合表面上的金属键合焊盘(10)，适于与相应的山顶接头金属触点(7)键合。接头金属触点(6，7)具有低纵横比的横截面轮廓，其中两个臂或翼与片段的并置端部分重叠。优选地，内部空隙在包装iTEG时被抽空。

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，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研究。

随着越来越流行的电子器件的功耗不断地最小化，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。

由加利福尼亚大学的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的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)的若干基本单元，其以基本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]。

其它相关例子在以下中报告：

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

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

■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。