[發(fā)明專利]一種用于集成微型熱電換能器件的裝置與方法

在審

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• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN114551710A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邰凱平;趙洋;喬吉祥;孫東明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種用于集成微型熱電換能器件的裝置與方法。該裝置的減震支撐基座設(shè)有大理石支架和減震平臺，大理石支架放置在減震平臺上；顯微識別定位系統(tǒng)固定在大理石支架和減震平臺上，轉(zhuǎn)移吸附系統(tǒng)固定在大理石支架上，供料器、基板樣品臺和控制器固定在減震底座，熱電粒子和上電極基板放置在供料器上，下電極基板固定在基板樣品臺上；控制器通過數(shù)據(jù)線與顯微識別定位系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移吸附系統(tǒng)和基板樣品臺的互連，并實(shí)現(xiàn)各部分的集中控制和聯(lián)動過程。本發(fā)明可以成功將小尺寸的熱電粒子以較高的定位精度轉(zhuǎn)移到下電極基板上，實(shí)現(xiàn)P型和N型熱電粒子的圖形化排列，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱電器件的電串聯(lián)和熱并聯(lián)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種用于集成微型熱電換能器件的裝置與方法。

背景技術(shù)

在眾多新能源技術(shù)中，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)因可以利用生活生產(chǎn)中的各種廢熱發(fā)電而備受關(guān)注。同時(shí)，以可穿戴式、植入式為代表的新一代智能柔性微納電子系統(tǒng)迫切需求開發(fā)微瓦-毫瓦級自供電技術(shù)，與一次和二次電池技術(shù)相結(jié)合，提高器件運(yùn)行的穩(wěn)定性和使用壽命。其中，熱電材料器件可利用人體體溫與周圍環(huán)境的溫差發(fā)電，成為便攜式智能柔性電子器件自供電技術(shù)的有效解決方案。但是，諸如人體體表、電子元器件和芯片等分散式熱源，其熱源品質(zhì)不高，且可利用尺寸均較小，因此對于熱電技術(shù)的應(yīng)用提出了微型化和高集成化的新要求。

另一方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、第5代移動通信、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等應(yīng)用市場快速發(fā)展，汽車、能源、通信等垂直行業(yè)對光電子產(chǎn)品與服務(wù)的需求也必將進(jìn)一步擴(kuò)大，而光通訊激光器作為光纖傳輸模塊的主要組件，其功耗和發(fā)熱功率也隨著傳輸速率的增加而不斷提高。由于激光芯片發(fā)射的激光波長與工作溫度成一定的線性關(guān)系，為了保障數(shù)據(jù)通訊的穩(wěn)定性和高效性，需要保障激光波長在中心波長的±3.5nm的范圍內(nèi)工作，這就需要對其工作溫度進(jìn)行精確的控溫，目前熱電器件是唯一一種可以滿足其需要，且可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的控溫模塊。并且，目前的光通訊模塊集成密度較高，體積較小，這就需要熱電控溫器件具有微型化、高效的特點(diǎn)。

目前，微型熱電器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)主要集中在美國、日本和俄羅斯等的數(shù)家公司，制作熱電微型器件主要需要原材料生產(chǎn)技術(shù)、切割技術(shù)、集成轉(zhuǎn)移技術(shù)和焊接技術(shù)。而目前，國內(nèi)僅僅是切割技術(shù)可以滿足制造需求，但對于未來更小尺寸的熱電器件目前并無良好的解決方案，原材料生產(chǎn)技術(shù)、集成轉(zhuǎn)移技術(shù)和焊接技術(shù)主要掌握在美國、俄羅斯、日本和烏克蘭等國。國內(nèi)的主要市場也由日本的Ferrotec和KELK Ltd.、美國的II-VIMARLOW、Phononic和TE Technolog,Inc.、俄羅斯的RMT等公司占據(jù)。國內(nèi)的微型熱電器件產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)處于起步階段，沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度低、穩(wěn)定性和制冷性能還有待大幅度提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于集成微型熱電換能器件的裝置與方法，利用上述裝置可以實(shí)現(xiàn)器件尺寸小于10mm×10mm×5mm的微型熱電器件，尤其對于熱電微粒面內(nèi)尺寸小于0.05mm×0.05mm、集成密度高的超微型熱電器件，該轉(zhuǎn)移裝置和方法有利于樣品的整體轉(zhuǎn)移，可以實(shí)現(xiàn)自動化快速集成。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于集成微型熱電換能器件的裝置，該裝置包括：減震支撐基座、顯微識別定位系統(tǒng)、供料器、轉(zhuǎn)移吸附系統(tǒng)、基板樣品臺、控制器，具體結(jié)構(gòu)如下：

減震支撐基座設(shè)有大理石支架和減震平臺，大理石支架放置在減震平臺上；顯微識別定位系統(tǒng)固定在大理石支架和減震平臺上，轉(zhuǎn)移吸附系統(tǒng)固定在大理石支架上，供料器、基板樣品臺和控制器固定在減震底座，熱電粒子和上電極基板放置在供料器上，下電極基板固定在基板樣品臺上；控制器通過數(shù)據(jù)線與顯微識別定位系統(tǒng)、轉(zhuǎn)移吸附系統(tǒng)和基板樣品臺的互連，并實(shí)現(xiàn)各部分的集中控制和聯(lián)動過程。