[發(fā)明專利]一種低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710756948.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108054272B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉云鵬;李俊琴;湯曉斌;劉凱;袁子程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L35/34
• 分類號(hào): H01L35/34;G03F7/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開(kāi)一種低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法，該方法利用價(jià)格低廉的厚負(fù)性光刻膠干膜代替SU?8負(fù)性環(huán)氧樹(shù)脂基光刻膠及其他類型較難加工和移除的光刻膠作為模板；以表面光滑導(dǎo)電材料作為基底；低能低成本曝光光源將光刻膠干膜與導(dǎo)電材料結(jié)合，依次制作出P型和N型熱電腿的微區(qū)；在熱電材料微區(qū)依次電化學(xué)沉積P型、N型熱電腿陣列；最后移除光刻膠模板，轉(zhuǎn)移熱電腿陣列到絕緣基底；熱電腿陣列組裝，集成，最后制備出卷繞式、輪輻式、多層疊加式等任意形狀集成化微型薄膜熱電器件。本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種利用價(jià)格低廉操作過(guò)程簡(jiǎn)單的光刻膠干膜作為電鍍模板結(jié)合電化學(xué)沉積方法，實(shí)現(xiàn)集成化薄膜熱電器件的低成本快速大量制備。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法，其屬于熱電換能材料和微能源器件的加工和集成領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著對(duì)微電子設(shè)備供能的需求，以及熱電器件相對(duì)于其他發(fā)電和制冷器件具有無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，固體中傳導(dǎo)電子，無(wú)振動(dòng)噪聲，使用壽命長(zhǎng)而受到人們的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的熱電制冷器件體積大，熱電腿往往是通過(guò)鑄造、切割、焊接等傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝完成，隨著小型電子設(shè)備例如可穿戴電子設(shè)備，小型傳感器等的應(yīng)用，現(xiàn)有的機(jī)械加工制備出的熱電器件已經(jīng)不能滿足集成度越來(lái)越高的小型電子設(shè)備的供能問(wèn)題了，其加工工藝的精度更是達(dá)不到微米量級(jí)。

由于熱電器件的功率密度與器件本身尺寸成反比，所以微型薄膜熱電器件逐漸被用來(lái)解決小型電子設(shè)備的能源問(wèn)題，進(jìn)而引起人們的廣泛關(guān)注。微型器件相比大型設(shè)備集成密度很高，能夠集成相當(dāng)數(shù)量的熱電偶，在兩端溫差較小的情況下就能產(chǎn)生較大電壓，能夠用于生活中一些低品位熱源的回收利用，例如人體體表，地?zé)岬取Ｗ鳛樾滦偷臒犭娖骷?，微型熱電器件在發(fā)電、制冷和傳感器等領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是現(xiàn)有的微型薄膜熱電器件的制備方法非常的昂貴、耗時(shí)而且復(fù)雜，并且往往需要特定的鍍膜設(shè)備。例如磁控濺射、分子束外延、化學(xué)氣相沉積等。

厚膜光刻模板不受熱電材料影響，分辨率高，制作的熱電腿形態(tài)光滑，是制備精密微電子器件的不二選擇，但是其制作成本高，過(guò)程復(fù)雜，不利于微型薄膜熱電器件的廣泛應(yīng)用。SU-8負(fù)性光刻膠由于其厚膜的特性而被廣泛用于微型電子設(shè)備制作工藝中的光刻模板，傳統(tǒng)的微加工應(yīng)用的SU-8存在兩個(gè)主要的問(wèn)題，一個(gè)是層厚的控制還有厚度的均勻性。一般都通過(guò)旋涂控制膜厚，但在實(shí)際操作中卻非常困難。并且其后烘、硬烘的處理步驟導(dǎo)致熱電腿形態(tài)受到光刻膠熱膨脹表面張力的破壞，嚴(yán)重降低了熱電器件的輸出性能。

不僅如此，其曝光光源所用的不論是紫外、電子束還是X射線曝光設(shè)備，都非常昂貴，并且需要專門的黃光實(shí)驗(yàn)室，流程過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致微型熱電器件制作成本大大增加，不利于微型熱電器件的廣泛應(yīng)用。無(wú)機(jī)熱電材料在復(fù)雜的流程中由于本身比較脆，容易出現(xiàn)裂紋而被破壞。

本專利提供一種低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法，可制作任意形態(tài)薄膜熱電腿，卷繞式、輪輻式以及層狀堆疊式均適用。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：傳統(tǒng)的熱電器件機(jī)械加工方法不適用于微型薄膜熱電器件的制備，達(dá)不到微米量級(jí)，現(xiàn)有的薄膜熱電器件的光刻制備工藝又過(guò)于復(fù)雜，昂貴。因而提出一種結(jié)合光刻模板分辨率高和電化學(xué)沉積低成本優(yōu)勢(shì)的低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：一種低成本可快速大量制備集成化微型薄膜熱電器件的制造方法，包括如下步驟：

(1)以表面光滑導(dǎo)電材料作為基底，對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行超聲清洗，除油，烘干以及單面絕緣處理；

(2)將光刻膠模板加溫加壓貼合于導(dǎo)電材料上；

(3)通過(guò)曝光、顯影，將設(shè)計(jì)好的P型和N型熱電陣列微區(qū)轉(zhuǎn)移到光刻膠模板上；

(4)將處理好的基底連同光刻膠模板一起放入2-10％的酸中浸泡1-5min，活化，電化學(xué)沉積P型和N型熱電材料；