[发明专利]一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其制备方法

权利要求书

1.一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：自下而上由背面散热层(10)、底部绝缘基底层(1)、底部导电电极层(2)、N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)、层间连接结构、顶部导电电极层(7)、顶部基底层(8)、高导热层(11)和正面热释放胶层(12)组成，所述层间连接结构自下而上依次由层间连接结构阻碍/连接层(5)、层间连接结构中间层(4)、层间连接结构阻碍/连接层(5)组成，所述层间连接结构是N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)的连接层，根据微型垂直结构热电器件所需长度，将多片N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)靠层间连接结构多层叠加，所述N型半导体热电层(3)和P型半导体热电层(6)之间填充有绝缘绝热支撑材料(9)；

所述层间连接结构中的层间连接结构阻碍/连接层(5)使用的材料是单层金属或者多层金属叠加，包括纯银、钛、金的贵金属以及他们的多层复合，厚度范围为1-10μm；

所述层间连接结构中间层(4)使用材料是低熔点焊料金属及化合物，包括纯银、锡、铋、铅的低熔点金属以及他们的化合物，厚度范围为50-150μm。

2.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述背面散热层(10)是一种多孔金属材料，金属材料包括铜、铁、镍、银、钨及其合金，孔径在纳米、微米量级，厚度在微米量级，所述高导热层(11)与背面散热层(10)是同一种材料。

3.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述正面热释放胶层(12)的背衬和粘合剂中间添加有各向异性的粘合剂。

4.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述底部绝缘基底层(1)选择尺度在微米量级的高热导率低电导率的绝缘材料，包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、聚酰亚胺聚合物薄膜、具有二氧化硅氧化层的硅片、玻璃，所述顶部基底层(8)选用透明材质的材料。

5.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述底部导电电极层(2)和顶部导电电极层(7)为高导电性金属材料，包括金、银、铜、铝、镍、钴、铂、铬、锌、铁、镉、钛、镁、锰、锡以及他们的合金，或者高导电性金属材料的多层复合结构。

6.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)为碲化铋、碲化锑二元合金以及他们的掺杂合金。

7.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述绝缘绝热支撑材料(9)为环氧树脂或者硅酸铝棉。

8.一种如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1).选择绝缘材料作为基底，采用物理气相沉积法PVD、化学镀法、化学气相沉积法CVD以及磁控溅射方式沉积底部导电电极层(2)，采用微纳加工工艺中的光刻掩膜法实现底部导电电极层(2)的区域划分，采用干法刻蚀或者湿法刻蚀去除底部导电电极层(2)的多余材料，通过不锈钢掩膜对底部导电电极层(2)进行激光切割，获得所需的底部导电电极图形；

(2).通过模板法，实现P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)沉积区域以及外围环状区域的划分，依次沉积P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)，沉积方式使用电化学沉积、分子束外延方式，在沉积N型半导体热电层(3)时，用薄层微型模板将P型半导体热电层(6)微孔遮挡住，沉积P型半导体热电层(6)的方式与沉积N型半导体热电层(3)相同；

(3).在P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)上面依次沉积层间连接结构阻碍/连接层(5)，沉积方式与P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)的方式相同，采用丝网印刷方式制备层间连接结构中间层(4)；

(4).采用离子研磨或者化学机械抛光技术，打磨层间连接结构中间层(4)表面，去除微观不平整的多余材料；

(5).重复上述制造过程，与其所不同的是选用透明绝缘材料为基底，制成后将其翻转，使得步骤(5)中制备的层间连接结构中间层(4)与步骤(4)中制备的层间连接结构中间层(4)对准，采用加温加压再降温降压的方式实现低熔点层间连接结构中间层(4)的粘结，温度范围在200-250℃，保温时间5-10min，压力50-300Pa，以40-50℃/min的升温速率加热到层间连接结构中间层(4)的熔点以上，保持2-10min，然后停止加热，随炉冷却，直到降到室温，在加热的同时要施加1-5N的压力，样品位于真空环境或者惰性气氛中，采用剥离、湿法刻蚀、干法刻蚀和离子研磨方法移除绝缘材料的基底；

(6).采用导热油脂分别将底部绝缘基底层(1)和顶部基底层(8)外侧粘结背面散热层(10)和高导热层(11)，厚度低于0.5mm，采用电子绝缘罐封胶填充微型垂直结构热电器件的缝隙，并且作为微型垂直结构热电器件的绝缘绝热支撑材料(9)，在温度50-100℃的温度范围内保温1-2h，固化；

(7).在高导热层(11)的上面粘贴热释放胶材料所制成的正面热释放胶层(12)。