[發明專利]用于預處理用于金屬化、互連和接合的半導電熱電材料的方法

有效

• 申請號: 201580073030.8
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN107427967B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: T.A.托勒夫森;M.A.恩格沃爾;O.M.羅夫維克;A.拉斯森
• 申請（專利權）人: 特格馬有限責任公司
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/08;H01L35/18
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 申屠偉進;鄭冀之

本發明涉及一種用于預處理用于金屬化、互連和接合的半導電熱電材料以形成熱電裝置的方法以及使用通過所述方法制造的預處理的處理半導電熱電材料的熱電裝置，其中通過采用固液相互擴散接合概念并結合使用固液相互擴散接合層和半導電熱電材料之間的粘合層/擴散阻擋層/粘合層結構(也被可互換地稱為：ADA結構)，獲得半導電熱電材料與熱電裝置的電極的成本有效、簡單并且有彈性的互連和接合。

技術領域

本發明涉及一種用于預處理用于金屬化、互連和接合的半導電熱電材料以形成熱電裝置的方法以及使用通過所述方法制造的預處理的處理半導電熱電材料的熱電裝置。

背景技術

塞貝克效應是熱電效應的三種可能的表達方式之一，即當一些材料經受創建穿過所述材料的熱通量的溫度梯度時在所述材料中發現的熱能到電能的直接轉換。當將所述材料連接到在一側的散熱器和在相對側的熱源時，塞貝克效應將會創建電勢，所述電勢可被用于驅動電氣裝置或為電池充電。熱電轉換效率取決于電導率與熱導率之比，并且通常被定義為無量綱品質因數ZT：

其中σ是電導率，S是經常被稱為塞貝克系數的熱電系數，κ是熱導率，并且T是絕對溫度。

方鈷礦是1827年在挪威的Skutterud發現的一類礦物，經常由通式TPn₃表示，其中T是過渡金屬，諸如即：Co、Rh、In、Fe，并且Pn是磷族元素之一(周期表中的氮族的成員)；P、As或Sb。

方鈷礦結構的單位基元包含布置成對稱性群Im3的32個原子，如圖1a)中示意性所示，圖1a是US 6 660 926的圖1的副本。所述礦物中的陽離子是具有氧化數+III的過渡金屬。陰離子是具有氧化數–IV的根，并且由布置在四元平面環(標號120)中的四個Pn原子(標號120)構成。陽離子(標號110)被布置在立方體圖案中，所述立方體圖案定義由八個較小的立方體構成的大立方體，每個較小的立方體在它們的八個拐角具有陽離子。在這些較小的立方體中的六個較小的立方體中，插入有一個陰離子，并且較小的立方體中的兩個是空的。因此，方鈷礦的結構也可以被給出為：。

當電中性時，方鈷礦是半導電的，也就是說，保持T:[Pn₄] = 4:3的比例。另外，由于其共價鍵合結構，方鈷礦晶格具有高載流子遷移率。同時，與重原子組合的晶格的復雜性導致相對低的熱導率，從而半導電的方鈷礦經常具有有利的電導率與熱導率之比并且因此具有前景很好的品質因數ZT。

半導電材料通過使用如下兩種類型的電荷載流子來導電：電子和空穴(晶格原子中的空的電子位置)。通過摻雜，即利用另一元素的原子替換晶格中的T原子中的一個或多個，能夠使半導電材料主要通過電子(n型電導率)或空穴(p型電導率)來傳導電荷，這取決于引入哪種摻雜物(替換元素)。

n型和p型半導體可按照電氣方式連接以形成電路，如圖2a)中示意性所示。在所述圖中，n型半導電材料的物體101在一端通過電接觸器102以電氣方式連接到p型半導電材料的物體100。在相對端，物體100和101單獨地連接到一個電導體103。電導體103可由外部電路106連接在一起，在外部電路106中，只要在半導電材料中創建電荷載流子對(分開的電子和空穴)，電流就將會流動。在熱電半導電材料中，當熱量流經所述材料時制造電荷載流子對。因此，通過使電極103與熱庫105處于熱接觸并且使相對的電極102與散熱器104處于熱接觸，熱通量將會沿由箭頭指示的方向流經半導電材料100和101，并且只要外部電路106是閉合的，電流就將會從n型半導體流到p型半導體。

圖2a)中示出的配置構成可如何構造熱電裝置的基本原理。實際上，將會通常采用以電氣方式串聯連接并且以熱方式并聯連接的幾個n型和p型半導電材料，如即圖2b)中所示，圖2b)是US 6 660 926的圖18的副本。

這種類型的熱電裝置可提供一種緊湊、高度可靠、長效并且無噪聲且無污染的從熱源產生電力的方式。

現有技術