[發明專利]具有三維微結構的熱電換能器和制造該換能器的方法

有效

• 申請號: 201080043511.1
• 申請日: 2010-09-20
• 公開（公告）號: CN102576721B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: H.黑德勒;J.扎普夫
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01L27/16
• 分類號: H01L27/16;H01L35/32;G01J5/12;H01L35/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李少丹;李家麟

1.一種用于利用至少一個熱元件來相互轉換熱能和電能的熱電換能器（1），該熱電換能器具有至少一個自承載的三維微結構（10），所述至少一個微結構包括：

-至少一個第一微柱（11），所述至少一個第一微柱具有第一微柱縱向伸展（111）、第一微柱直徑（112）和至少一種具有第一熱電動勢的第一微柱材料（110），和

-至少一個第二微柱（12），所述至少一個第二微柱具有第二微柱縱向伸展（121）、第二微柱直徑（122）和至少一種具有與第一微柱材料相比不同的第二熱電動勢的第二微柱材料（120），

其中

-這些微柱在縱向伸展（111,121）方面基本上相互平行地布置，

-微柱直徑（112,122）從0.1μm至200μm的范圍中選擇，

-這些微柱（11,12）分別具有處于20至1000的范圍中的縱橫比，以及

-這些微柱作為熱電偶（15）相互耦合以構造熱電壓。

2.根據權利要求1的熱電換能器，其中第一微柱材料和/或第二微柱材料從鉍、銻、碲和鉛以及它們的化合物構成的組中選擇。

3.根據權利要求1或2的熱電換能器，其中從0.3μm至200μm的范圍中選擇微柱直徑。

4.根據權利要求1至3之一的熱電換能器，其中微柱相互上下疊置地被布置為具有總體縱向伸展（131）的總體微柱（13）。

5.根據權利要求1至4之一的熱電換能器，其中至少一個微柱的微柱縱向伸展或者總體微柱的總體微柱縱向伸展是從50μm至10mm的范圍中選擇的，并且尤其是從100μm至1mm的范圍中選擇的。

6.根據權利要求1至5之一的熱電換能器，其中微柱被并排布置，使得在這些微柱之間產生微柱間隙（14），其中微柱間隙（14）具有在這些微柱之間的從0.3μm至100μm的范圍中選擇的微柱距離（141）。

7.根據權利要求1至6之一的熱電換能器，其中在處于相鄰微柱之間的微柱間隙中布置有至少一個用于將微柱相互去熱耦合的裝置（142）。

8.根據權利要求7的熱電換能器，其中用于去熱耦合的裝置是具有小于10^-2mbar的氣壓的真空。

9.根據權利要求1至8之一的熱電換能器，其中所述微結構具有至少一個用于將熱能耦合輸入到熱電偶中和/或用于將熱能從熱電偶耦合輸出的熱耦合設備（17）。

10.根據權利要求9的熱電換能器，其中所述熱耦合設備具有用于以熱吸收輻射（18）形式吸收熱能和/或用于以熱發射輻射的形式發射熱能的熱功能層（171）。

11.根據權利要求1至10之一的熱電換能器，其中所述微結構布置在微結構載體（16）上。

12.根據權利要求1至11之一的熱電換能器，其中具有用于讀取熱電偶的熱電壓的讀取設備（191），和/或用于利用熱控制電壓控制熱電偶的控制設備。

13.根據權利要求12的熱電換能器，其中所述讀取設備和/或所述控制設備集成在微結構的微結構載體中。

14.根據權利要求12或13的熱電換能器，其中所述讀取設備和/或所述控制設備集成在與微結構載體不同的電路載體（19）中。

15.根據權利要求14的熱電換能器，其中所述微結構載體和電路載體通過倒裝芯片技術相互連接。

16.根據權利要求1至15之一的熱電換能器，其中所述微結構具有多個熱電偶并且多個熱電偶串聯地相互耦合，使得熱電偶的熱電壓之和基本上產生多個熱電偶的總體熱電壓。

17.一種用于制造根據權利要求1至16之一的熱電換能器的方法，具有以下方法步驟：

a)提供具有模板材料（201）的模板（20），其中模板具有基本上與熱電換能器的微結構相反的三維模板結構（202），所述模板結構具有柱狀的模板空腔（203），

b)將微柱材料布置在柱狀空腔中，使得形成微柱，以及

c)至少部分地去除模板材料。