[發明專利]熱電器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201911222415.2
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110993780B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 亨利·H·阿達姆松;熊文娟;王桂磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;H10N10/17;H10N10/855
• 代理公司: 北京知迪知識產權代理有限公司 11628
• 代理人: 王勝利

本發明公開了一種熱電器件的制備方法，包括以下步驟：提供第一襯底和第二襯底；在第一襯底上形成氧化層，以及在第二襯底上形成納米線材料層；鍵合氧化層和納米線材料層；并去除第二襯底；刻蝕納米線材料層，形成若干納米線；淀積高應力材料層，以提高若干納米線內載流子的遷移率；在若干納米線的兩端形成接觸電極；并在接觸電極的外側形成加熱電極；退火處理。本發明提供的熱電器件的制備方法，在形成若干納米線后，在已形成的結構上淀積了一層高應力材料層，高應力材料層的存在可以在溝道區中引起應變，提高納米線內載流子的遷移率，改善電導率，從而提高納米線的熱電品質因數ZT，增加熱電轉換效率。同時，本發明還提供了一種熱電器件。

技術領域

本發明涉及半導體制備技術領域，具體涉及一種熱電器件及其制備方法。

背景技術

當今，化石能源短缺和環境污染問題凸顯，能源的多元化和高效多級利用成為系統解決能源與環境問題的一個重要技術途徑。熱電器件作為一種自給自足的能源，它根據Seebeck效應能將熱能直接轉換為電能，在適合的溫度下能保持實際上的無限的有效壽命，這使其作為一種能源領域的高新技術成為國際研究的熱點之一。

根據Seebeck效應而制作的熱電器件，其效率可由熱電品質因數ZT來表征：

ZT=σ*s²*T/κ；

其中，σ為電導率，s為賽貝克系數，T為工作溫度，κ為熱導率；熱電品質因數ZT表示可用在熱電器件中的熱電材料的熱和電屬性。

由熱電品質因數ZT可以看出，提高熱電器件效率的關鍵之一是研制具有高賽貝克系數和電導率，以及低熱導率的熱電材料。

而研究證明，在大大降低熱電材料的熱導率后，雖然可以提高納米線對應的熱電品質因數ZT，但是與此同時也非常有可能會使得納米線具有較高的電阻，這同樣會降低熱電器件的性能；如何制備性能良好且熱電品質因數ZT較高的熱電器件成為了一個亟待解決的問題。

發明內容

為了克服現有熱電器件的制備方法無法實現高熱電品質因數ZT與高性能器件的制備，導致現有熱電器件不能滿足較高工作要求的技術問題，本發明提供一種熱電器件及其制備方法。

本發明所述的熱電器件的制備方法，包括以下步驟：

提供第一襯底和第二襯底；在第一襯底上形成氧化層，以及在第二襯底上形成納米線材料層；

鍵合氧化層和納米線材料層；并去除第二襯底；

刻蝕納米線材料層，形成若干納米線；

淀積高應力材料層，以提高若干納米線內載流子的遷移率；

在若干納米線的兩端形成接觸電極；并在接觸電極的外側形成加熱電極；

退火處理。

優選地，高應力材料層為SiN，高應力材料層的層厚小于等于5微米。

優選地，納米線材料層為Si、Ge、SiGe或SiGeSn中的任意一種；納米線材料層的層厚小于或等于500納米。

優選地，在若干納米線的兩端形成接觸電極；并在接觸電極的外側形成加熱電極的步驟包括：

自高應力材料層的頂部向下刻蝕形成接觸孔，接觸孔位于納米線的兩端；

在接觸孔的孔底且與納米線的接觸處形成硅化物；

淀積金屬；

基于金屬，在接觸孔處形成接觸電極，在接觸電極的外側形成加熱電極。

優選地，硅化物為：NiSi、TiSi₂或CoSi₂中的任意一種；硅化物的層厚小于等于50納米。