[發(fā)明專利]一種薄膜熱電模塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611153842.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106784281B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 虞瀾;宋世金;劉丹丹;談文鵬;胡建力;劉安安
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: H01L35/32
• 分類號: H01L35/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種薄膜熱電模塊，屬于功能薄膜材料及器件領(lǐng)域。包括：上部N型熱電臂陣列，由N型半導(dǎo)體薄膜在單晶襯底Ⅰ的下表面傾斜布置；下部P型熱電臂陣列，由P型半導(dǎo)體薄膜在單晶襯底Ⅱ的上表面傾斜布置；隔離層，包括工字形絕緣隔層和金電極陣列。所述上部N型熱電臂陣列和下部P型熱電臂陣列由所述隔離層隔開，并由金電極連接成兩個獨(dú)立的串聯(lián)通路；所述上部N型熱電臂陣列、下部P型熱電臂陣列和隔離層的相對位置由位于其側(cè)面的通孔、插銷固定。本發(fā)明相比現(xiàn)有薄膜熱電模塊單位面積上的輸出功率密度顯著提高，P、N型熱電臂可單獨(dú)更換，構(gòu)型靈活，且襯底作為薄膜物理支撐的同時起到封裝作用，制造成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種薄膜熱電模塊，屬于功能薄膜材料及器件領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化物基熱電材料相比傳統(tǒng)合金熱電材料，具有高溫性能穩(wěn)定、抗氧化性和無毒性等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注，氧化物薄膜熱電模塊也成為新興研究焦點(diǎn)。

目前薄膜熱電模塊的構(gòu)型主要為π型，即P、N型氧化物薄膜在同一基底上平行、交替排列，并由電極串聯(lián)聯(lián)結(jié)。根據(jù)其熱流和材料的使用方向，薄膜熱電模塊又可分為熱流方向垂直于薄膜表面(cross-plane)和熱流方向平行于薄膜表面(in-plnae)兩種。cross-plane熱電模塊的制備工藝相對簡單，集成度較高，但其沿薄膜厚度方向的熱阻小，難以產(chǎn)生較大的溫差，在很多場合無法應(yīng)用。in-plane模塊的熱阻大，有利于大溫度梯度的建立，且現(xiàn)有氧化物熱電材料如Ca₃Co₄O₉、Na_xCoO₂、Zn_1-xAl_xO、CaMnO₃等薄膜的生長均自發(fā)沿c軸擇優(yōu)，其沿in-plane方向的熱電性能遠(yuǎn)高于cross-plane方向，因此氧化物薄膜熱電模塊多使用in-plane構(gòu)型，但其P-N熱電對集成度相對較小，單位面積上的輸出功率密度小，電極用量大，模塊制造成本高。

現(xiàn)有in-plane薄膜模塊的P、N型熱電臂均交替集成在同一襯底上，如附圖1，這要求P、N型薄膜材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)均要與襯底匹配才能獲得較高結(jié)晶質(zhì)量的薄膜陣列。但通常P、N型薄膜材料的結(jié)構(gòu)和性能差別很大，實際中很難找到同時兼顧P、N型薄膜生長的襯底，使襯底的選擇十分困難。

現(xiàn)有in-plane薄膜模塊由于其P、N型熱電臂交替集成在同一襯底上，使P、N型薄膜陣列無法單獨(dú)更換，如果模塊中的某一條P、N型薄膜因氧化、分解而損壞，將導(dǎo)致模塊整體失效，增加模塊的使用和更換成本。

現(xiàn)有薄膜熱電模塊為了提高其穩(wěn)定性和使用壽命，除模塊本身外，還需額外的封裝工藝和封裝原料，增加了模塊的制造成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜熱電模塊，包括N型熱電臂陣列1、P型熱電臂陣列2、隔離層3，N型熱電臂陣列1包括一個以上的N型半導(dǎo)體薄膜11和單晶襯底Ⅰ12，N型半導(dǎo)體薄膜11傾斜生長在單晶襯底Ⅰ12上；P型熱電臂陣列2包括一個以上的P型半導(dǎo)體薄膜21和單晶襯底Ⅱ22，P型半導(dǎo)體薄膜21傾斜生長在單晶襯底Ⅱ22上；N型熱電臂陣列1、P型熱電臂陣列2由隔離層3隔開，并固定在一起，N型熱電臂陣列1和P型熱電臂陣列2均是生長有半導(dǎo)體薄膜的一面與隔離層3接觸；N型半導(dǎo)體薄膜11與P型半導(dǎo)體薄膜21呈X形交叉分布，N型半導(dǎo)體薄膜11與P型半導(dǎo)體薄膜21的兩端由電極5依次連接，形成兩個獨(dú)立的串聯(lián)通路，電極5位于隔離層3的兩側(cè)。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述隔離層3包括腹板31、翼板32，翼板32固定在腹板31的兩邊；腹板31、單晶襯底Ⅰ12、單晶襯底Ⅱ22的長度、寬度相同，翼板32高度等于腹板31、N型熱電臂陣列1、P型熱電臂陣列2的厚度之和。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述電極5嵌入、貫穿在隔離層3的腹板31上，電極5的厚度大于腹板31的厚度，以保證N型半導(dǎo)體薄膜11與P型半導(dǎo)體薄膜21的串連連接。