[發明專利]高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片及其制造工藝

有效

• 申請號: 201310229188.2
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103325805A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 金安君
• 申請（專利權）人: 蘇州荷達新能源技術有限公司
• 主分類號: H01L27/16
• 分類號: H01L27/16;H01L35/32;H01L35/24
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

1.高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片，在低溫區和高溫區均具有熱電臂-阻擋層-電極的基礎結構，在中溫區具有熱電臂-電極的基礎結構，其特征在于所述集成芯片中的基礎結構為微米級，其中：

在低溫區的基礎結構具有(Bi,Sb)₂Te₃基N型或P型的熱電臂，至少為Au、Ag、Ta、TiN、TiW、Ni的阻擋層，以及至少為Cu、Al、Au、Ag的電極；

在中溫區的基礎結構具有PbTe基N型或P型的熱電臂和至少為Cu、In、Au、多孔Ni的電極；

在高溫區的基礎結構具有CoSb₃基N型或P型的熱電臂，至少為Ti、Ni、Mo、Cr₈₀Si₂₀的阻擋層，以及至少為Cu、Mo、Cu-Mo合金、Cu-W合金的電極。

2.根據權利要求1所述高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片，其特征在于，所述熱電臂的厚度介于5μm-200μm，直徑或邊長介于15μm-40μm。

3.根據權利要求1所述高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片，其特征在于，所述阻擋層的厚度介于2-300nm。

4.根據權利要求1所述高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片，其特征在于，所述電極的厚度介于0.3μm-72μm。

5.高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片的制造工藝，其特征在于包括步驟：

Ⅰ、基片預處理，在硅片或導熱絕緣陶瓷襯底上順次制備一層厚度為1μm-5μm的SiO₂膜和一層厚度為0.3μm-1μm的TiN膜，得到基片；

Ⅱ、在基片上制備一層厚度為3μm-100μm的SiO₂膜，使用光刻加刻蝕工藝制備底電極圖形，所述底電極圖形的深度0.3μm-100μm、直徑3μm-120μm；

Ⅲ、根據所在溫區的不同，在中溫區所述底電極圖形上沉積對應的電極金屬層；在高溫區和低溫區所述底電極圖形上依次沉積對應的電極金屬層和阻擋層，沉積完成后磨平上表面形成底電極金屬層；

Ⅳ、在磨平的底電極金屬層表面制備一層厚度為5μm-200μm的SiO₂膜，并通過光刻加刻蝕工藝形成P型或N型的熱電臂圖形，所述P型或N型的熱電臂圖形的深度5μm-200μm，直徑1μm-40μm；

Ⅴ、在步驟Ⅳ所得的片體表面沉積對應溫區的熱電臂材料并填充P型或N型的熱電臂圖形，沉積完成后磨平上表面形成底P型或N型熱電臂；

Ⅵ、再次制備SiO₂膜，并通過光刻加刻蝕工藝形成相對型的熱電臂圖形，沉積對應溫區的熱電臂材料并填充相對型的熱電臂圖形，沉積完成后磨平上表面形成底相對型熱電臂；

Ⅶ、去除SiO₂膜并磨平，露出所有N型和P型熱電臂；

Ⅷ、在磨平并露出所有N型和P型熱電臂的表面沉積制備SiO₂膜，并通過光刻加刻蝕工藝制備頂電極圖形，所述頂電極圖形的深度0.3μm-100μm、直徑3μm-120μm；

Ⅸ、根據所在溫區的不同，在中溫區所述頂電極圖形上沉積對應的電極金屬層；在高溫區和低溫區所述頂電極圖形上依次沉積對應的阻擋層和電極金屬層，沉積完成后磨平上表面形成頂電極金屬層；

Ⅹ、在步驟Ⅸ所得的集成芯片表面封裝導熱陶瓷片，留出至少一對電極制成熱電芯片，其中所述P型熱電臂對應正極、所述N型熱電臂對應負極。

6.根據權利要求5所述的高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片的制造工藝，其特征在于：所述底電極圖形和頂電極圖形中包含一對N型熱電臂和P型熱電臂的串聯或并聯。

7.根據權利要求5所述的高功率熱電轉化模塊的大規模集成芯片的制造工藝，其特征在于：將一塊以上所述熱電芯片的電極通過焊接或鍵合的方式串聯、并聯或串并聯制成熱電模塊。