[发明专利]一种基于MTEG的微型自供能装置及其制备方法

权利要求书

1.一种基于MTEG的微型自供能装置，包括：硅基(5)、所述硅基(5)顶部沉积的多晶硅衬底层(4)、沉积在所述多晶硅衬底层(4)顶部的多个成阵列排布的P型微型热电臂(3)和N型微型热电臂(8)；其特征在于，

在由所述P型微型热电臂(3)和所述N型微型热电臂(8)构成的热电偶两端分别设有顶部真空腔(2)和底部真空腔(9)，所述P型微型热电臂(3)的冷端结点和所述N型微型热电臂(8)的冷端结点与所述顶部真空腔(2)的内侧壁接触，所述顶部真空腔(9)上还设有用于散热的保护金属层(1)。

2.根据权利要求1所述的基于MTEG的微型自供能装置，其特征在于，每个所述P型微型热电臂(3)和所述N型微型热电臂(8)的上下端面均置于所述底部真空腔(9)和所述顶部真空腔(2)之间，其中，所述P型微型热电臂(3)的热端结点和所述N型微型热电臂(8)的热端结点所在的下部端面通过所述多晶硅衬底层(4)与所述硅基(5)相接。

3.根据权利要求1所述的基于MTEG的微型自供能装置，其特征在于，所述多晶硅衬底层(4)作为热电层是在所述硅基(5)上沉积的0.6～0.8μm厚的多晶硅形成的。

4.根据权利要求1所述的基于MTEG的微型自供能装置，其特征在于，所述底部真空腔(9)的内侧壁通过2.8～3.2μm厚的低应力纯净硅酸盐晶体层密封。

5.根据权利要求1所述的基于MTEG的微型自供能装置，其特征在于，所述装置周围还设有用于避免邻近装置的硅基向本装置冷端结点传热的外围腔。

6.一种如权利要求1-5任意一项权利要求所述的基于MTEG的微型自供能装置的制备方法，其特征在于包括如下步骤，

S1、制备P、N型微型热电臂：在硅基(5)的衬底上沉积0.6～0.8μm厚的多晶硅作为多晶硅衬底层(4)，对所述多晶硅衬底层(4)进行干法刻蚀，获得热电臂图形，向多晶硅衬底层(4)用不同的能量分别注入磷和硼以生成N型微型热电臂(8)和P型微型热电臂(3)；所述N型微型热电臂(8)和所述P型微型热电臂(3)通过沉积铝层导电串联；

S2、制备底部真空腔(9)：通过SF₆和C₄F₈气体，利用深度反应离子刻蚀方法在硅基(5)上刻蚀深度为14～16μm的凹槽，然后用SF₆气体对凹槽内部进行各向同性刻蚀，以除去凹槽之间的硅并产生底部真空腔(9)，然后，用2.8～3.2μm厚的低应力纯净硅酸盐晶体密封所述底部真空腔(9)；

S3、制备顶部真空腔(2)：将图案化的纯净硅晶体作为牺牲层，并在牺牲层上覆盖纳米级的等离子化学气象沉积的Si₃N₄和非晶硅，通过氮化物和非晶硅层刻蚀出宽度为0.8～1.2μm，长度为2.8～3.2μm的小刻蚀孔，然后将硅晶体在缓冲氧化物蚀刻剂中浸泡20分钟，通过蚀刻孔去除牺牲层，所述牺牲孔用低应力纯净硅酸盐晶体密封；

S4、制备绝缘层和散热层：分别在所述N型微型热电臂(8)和所述P型微型热电臂(3)的冷端结点上设置0.8～1.2μm厚的氧化物作为绝缘层，最后，将0.6～0.8μm厚的铝沉积到装置表面作为散热层。

7.根据权利要求6所述的基于MTEG的微型自供能装置的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，分别向多晶硅衬底层(4)中注入180keV能量和80keV能量的磷和硼以生成N型微型热电臂(8)和P型微型热电臂(3)。

8.根据权利要求6所述的基于MTEG的微型自供能装置的制备方法，其特征在于，在所述N型微型热电臂(8)和所述P型微型热电臂(3)表面以420℃退火30分钟得到Si₃N₄钝化层。