[發明專利]微型熱電器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202011221000.6
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112331760A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 邰凱平;趙洋;喬吉祥;孫東明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L35/04
• 分類號: H01L35/04;H01L35/14;H01L35/16;H01L35/18;H01L35/22;H01L35/32;H01L35/34
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種微型熱電器件，其特征在于，該熱電器件包括底部基板、頂部基板和熱電單元，底部基板的上方相對設置頂部基板，底部基板的頂部設置有圖案化的功能層，功能層包括電極層、焊接涂層，其中：電極層沉積于底部基板的頂部、焊接涂層沉積于電極層的頂部；頂部基板的底部設置有圖案化的功能層，功能層包括電極層、焊接涂層，其中：電極層沉積于頂部基板的底部、焊接涂層沉積于電極層的底部；

熱電單元排布于底部基板和頂部基板之間，每個熱電單元與底部基板、頂部基板對應的兩端分別設置過渡層，底部基板通過其上的功能層與熱電單元下端的過渡層連接，頂部基板通過其上的功能層與熱電單元上端的過渡層連接。

2.按照權利要求1所述的微型熱電器件，其特征在于，底部基板和頂部基板的長、寬在0.5mm～10mm之間；熱電粒子的尺寸在0.05mm×0.05mm×0.05mm～2mm×2mm×5mm之間；微型熱電器件的厚度在0.2～8mm之間。

3.按照權利要求1所述的微型熱電器件，其特征在于，熱電單元分為N型熱電粒子和P型熱電粒子，N型熱電粒子和P型熱電粒子呈圖案化排布于底部基板和頂部基板之間，N型熱電粒子和P型熱電粒子沿橫向和豎向均呈圖案化間隔排列；底部基板上，每個功能層與一個N型熱電粒子的過渡層和一個P型熱電粒子的過渡層連接為一組；頂部基板上，每個功能層與底部基板上相鄰兩組之間的一個N型熱電粒子的過渡層和一個P型熱電粒子的過渡層連接為一組。

4.按照權利要求1所述的微型熱電器件，其特征在于，過渡層分為三層結構，分別是靠近熱電粒子的結合層、中間的緩沖過渡層和靠近焊接涂層的結合層。

5.按照權利要求4所述的微型熱電器件，其特征在于，靠近熱電粒子的結合層使用的材料：Ni、W、Nb、Mo、Ti或Cr，厚度為20nm～200nm；緩沖過渡層是多層膜或合金膜，使用的材料：Nb/Cu合金膜、Mo/Cu合金膜、W/Cu合金膜、Au/Cu合金膜、Ni-Au多層膜、Ti-Au多層膜或Cr-Au多層膜，厚度為100nm～500nm；靠近焊接涂層的結合層使用的材料：Au、Ag、Cu、Pt、Al、Ni、Sn或Bi，厚度為20nm～200nm。

6.按照權利要求1所述的微型熱電器件，其特征在于，N型熱電粒子和P型熱電粒子使用的材料：Bi₂Te₃基半導體、PbX(X＝S,Se,Te)基半導體、SiGe合金半導體、Mg₂X(X＝Si,Ge,Sn)基半導體、CoSb₃基半導體、(Ti,Zr,Hf)CoSb基半導體、GaAs基半導體和半哈斯勒材料中的一種或兩種以上；

底部基板和頂部基板使用的材料：氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯或硅氧化片；底部基板和頂部基板上的圖案化的功能層中，電極層使用的材料：Au、Ag、Pt、Cu和Al中的一種或兩種以上，焊接涂層使用的材料：導電銀膠、Sn、含Sn的合金或導電焊料。

7.一種權利要求1至6之一所述的微型熱電器件的制備方法，其特征在于，利用掩膜技術在底部基板和頂部基板上制備圖案化的功能層，使用真空陣列吸附轉移和圖像識別技術，依次將N型熱電粒子和P型熱電粒子按設計好的排布規律轉移到底部基板上，與焊接涂層接觸；蓋上制備有鍍層的頂部基板，進一步通過加壓、加熱的方法實現熱電器件的鍵合和電連接。