[發明專利]熱電發生器

有效

• 申請號: 201510614149.3
• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN105655473B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: E·杜伯伊斯;J-F·羅比拉;S·蒙弗萊;T·斯科特尼基
• 申請（專利權）人: 意法半導體（克洛爾2）公司
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32;H01L35/28;H01L35/34
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

熱電發生器，包括具有聲子結構的半導體隔膜(2)，包含至少一個PN結(3，4)，懸置在設計用于耦合至冷的熱源的第一支座(5)、與設計用于耦合至熱的熱源的第二支座(6)之間，以及允許熱通量在所述隔膜的平面內再分布的架構。

技術領域

本發明的實施例涉及熱電發生器，并且更精確的包括半導體材料的熱電發生器。

本發明的可能應用顯著地是依靠熱能回收而為低能耗和中能耗電氣裝置供電，諸如：

－在固定環境(建筑物，地下)或移動環境(汽車車輛，飛行器)中的分布式通信傳感器；

－旨在由人體熱量供能的醫療應用的獨立測量裝置。

本發明也可以適用于例如在微電子電路內熱能的回收/耗散的框架中。

背景技術

集成的熱電發生器裝置通常包括串聯耦合的小型化垂直熱電偶并且使用諸如碲化鉍(Bi₂Te₃)之類的傳統熱電材料。

然而，這些發生器的垂直結構和通常的熱電材料傾向于與傳統的CMOS制造方法不兼容。

發明內容

根據一個實施例，一種熱電發生器具有與集成制造和與CMOS制造工藝兼容的結構。

根據一個實施例，提供了一種熱電發生器，其有源元件具有基本上平面的結構，并且其架構允許熱通量在有源元件的平面內再分布。

根據另一實施例，提供了一種熱電發生器，其有源元件通過聲子工程設計而被構造，并且其沿某些方向減小很多而沿其他方向較高的熱導率使其具有優越于當前發生器的熱電特性。

根據一個方面，提供了一種熱電發生器，包括半導體隔膜，半導體隔膜包含至少一個PN結，該隔膜懸置在被設計用于耦合至冷的熱源的第一支座與被設計用于耦合至熱的熱源的第二支座之間。

形成了熱電發生器的有源元件的半導體隔膜本質上是基本平面的并且通常薄的元件，并且其制造易于集成至CMOS集成電路的制造工藝中。

隔膜可以平行于支座延伸，例如至少距后者一定距離。

隨后可以將顯著不同于現有技術的傳統結構的熱電發生器的該配置表征為“平面的”，借助于語言，如與現有技術的垂直結構相反。

支座可以是剛性的，例如由金屬或半導體材料制成。

作為變形例，支座可以是柔性的，這允許發生器例如匹配彎曲表面。

根據一個實施例，半導體隔膜包含交替的N型和P型導電類型的若干條帶，從而形成串聯耦合的若干PN結，每個PN結延伸在隔膜的面對第一支座定位的第一表面、與隔膜的面對第二支座定位的第二表面之間，所述隔膜由懸置機構懸置，懸置機構包括以交替方式分布在隔膜兩個表面上的導熱柱體，每個柱體將PN結連接至對應的支座。

若干N和P條帶的存在允許增大的熱電發生器的功率，并且柱體的交替分布允許熱通量在隔膜平面內被再分布。

根據又一實施例，位于一個面上的導熱柱體包括

－稱作接觸柱體的至少兩個柱體，接觸柱體是導電的，耦合至對應支座上至少兩個位置以便于產生電信號并且由導熱電絕緣體與對應的支座隔離；

－稱作連接柱體的柱體，連接柱體是導電的，并且由導熱電絕緣體與對應的支座電隔離。

位于另一面上的柱體僅包括連接柱體，連接柱體是導電的并且由導熱電絕緣體與對應的支座電隔離。

對于懸置隔膜特別有利的是具有聲子結構(phononic structure)，換言之包括了具有與隔膜半導體材料的成分不同的包含物(inclusion)的晶格。