專(zhuān)利名稱(chēng)：有通過(guò)絕緣體被組織成行和列的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的平行納米線(xiàn)的塞貝克/珀耳帖熱電 ...的制作方法
有通過(guò)絕緣體被組織成行和列的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的平行納米線(xiàn)的塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換單元和制作過(guò)程技術(shù)領(lǐng)域
本公開(kāi)一般涉及塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及利用跨越絕緣隔膜延伸的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的平行納米線(xiàn)的裝置。
背景技術(shù)：
塞貝克(Seebeck)效應(yīng)是熱電現(xiàn)象，根據(jù)該現(xiàn)象，在細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中，其各部分之間的溫度差產(chǎn)生電。該效應(yīng)由物理學(xué)家Thomson J. Seebeck于1821年發(fā)現(xiàn)，宣稱(chēng)這種效應(yīng)本身為遭受溫度梯度VT的金屬棒兩端之間的電勢(shì)差。在包含溫度T1和T2上兩種材料A和B之間的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的電路中，產(chǎn)生的電壓由下式給出
權(quán)利要求
1.一種可用平面處理技術(shù)制作的元件(Al、A2)，被模塊式聯(lián)結(jié)到其他類(lèi)似元件以便構(gòu)成塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換裝置的隔板，該元件包括寬度(W)對(duì)應(yīng)于隔板厚度而長(zhǎng)度(L)對(duì)應(yīng)于隔板表面面積的維度或維度的分?jǐn)?shù)的疊層，該元件有高塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的納米線(xiàn)(4)的布居，彼此平行和被絕緣跨越疊層的寬度延伸，被組織成行和列，所述疊層包括a)交替的第一介電材料(2)和第二介電材料(3)層,該第一介電材料層可淀積成厚度小于或等于50nm的連續(xù)膜，可被具體化合物的溶液蝕刻，該第二介電材料有低熱導(dǎo)率，不可被所述溶液蝕刻；b)平行溝槽(Tl、T2、T3、…、Ti…)，這些溝槽的寬度(w)的下限對(duì)應(yīng)于光刻術(shù)定義的最小線(xiàn)寬，間隔開(kāi)至少I(mǎi)ym;c)平行腔(4c)，沿每一溝槽的相對(duì)表面、利用所述蝕刻溶液再處理所述第一介電材料(2)層的蝕刻前緣；d)所述平行納米腔(4c)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體填充材料的線(xiàn)狀納米尺寸殘留物，構(gòu)成被組織成行和列的所述平行間隔開(kāi)的納米線(xiàn)(4 )。
2.權(quán)利要求I的元件，其中所述高塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由本征或摻雜半導(dǎo)體、金屬、金屬合金、半金屬合金、金屬和半金屬之間的合金及其混合物組成的組。
3.權(quán)利要求2的元件，其中所述高塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由下列組成的組有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si的增強(qiáng)存在的單晶和多晶硅、有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si的增強(qiáng)存在的娃鍺合金、鶴、鈦及其合金。
4.權(quán)利要求I的元件，其中所述第一介電材料(2)是SiO2，而所述第二介電材料(3)是 Si3N4。
5.權(quán)利要求I的元件，其中所述第一介電材料(2)是Si3N4，而所述第二介電材料(3)是 Si02。
6.權(quán)利要求I的兀件，包括低熱導(dǎo)率介電材料的襯底(I)，該介電材料耐所述第一介電材料(2)的蝕刻溶液。
7.權(quán)利要求I的元件，其中所述納米線(xiàn)(4)有沿它們的縱向擴(kuò)展的不均勻橫截面，以及形態(tài)學(xué)上粗糙的外表面。
8.權(quán)利要求I的元件，特征在于該疊層有約40nmX20nm平均橫截面的納米線(xiàn)(4)密度，在該疊層的熱輸入/輸出的側(cè)表面的每單位面積上高達(dá)5X IOki納米線(xiàn)/cm2。
9.權(quán)利要求I的元件，其中該疊層的高度(h)與所述平行溝槽的重復(fù)的周期或間距，有相同的數(shù)量級(jí)。
10.一種制作過(guò)程，用于可模塊式聯(lián)結(jié)到其他元件的元件(Al、A2)，以便構(gòu)成用于塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換裝置的隔板，該制作過(guò)程包括步驟a)在低熱導(dǎo)率介電材料的平的襯底(I)上，淀積第一介電材料(2)和第二介電材料(3) 之一或另一種的第一層，該第一介電材料(2)可淀積成厚度小于或等于50nm的連續(xù)膜，可被具體化合物的溶液蝕刻，該第二介電材料(3)有低熱導(dǎo)率，不可被所述溶液蝕刻，該低熱導(dǎo)率介電材料耐所述溶液；b)在所述兩種不同介電材料之一的所述第一層之上，淀積一層該另一種介電材料并重復(fù)步驟a)和b)許多次，足以使交替的步驟a)的層與步驟b)的層的疊層，達(dá)到需要的高度；c)在疊層之上，形成或應(yīng)用定義平行蝕刻開(kāi)口的掩模，該蝕刻開(kāi)口的寬度(W)的最小極限對(duì)應(yīng)于所用光刻術(shù)定義的最小線(xiàn)寬，該蝕刻開(kāi)口被間隔開(kāi)至少I(mǎi) μ m，延伸至疊層的整個(gè)寬度(W)；d)通過(guò)所述掩模開(kāi)口以等離子或反應(yīng)等離子蝕刻或?yàn)R射該多層疊層，形成平行溝槽 (T1、T2、T3、…、Ti…)，直到深入到所述襯底(I)表面為止；e)用所述溶液蝕刻所述第一介電材料(2)層的蝕刻表面，直到使它們退回所述第二介電材料(3)的相鄰層之間，平均距離為20nm，在每一溝槽(Tl、T2、T3、…、Ti···)的相對(duì)蝕刻表面上形成平行腔(4c)為止；f)最終從疊層的表面移除所述掩模的殘留物，化學(xué)氣相淀積高本征塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，填充所述平行腔(4c)，直到在開(kāi)縫的疊層的水平和豎直平行表面之上生長(zhǎng)無(wú)間斷點(diǎn)的保形層(4m)為止；g)在疊層的表面上形成或應(yīng)用新的所述掩模；h)通過(guò)所述掩模開(kāi)口以等離子或反應(yīng)等離子蝕刻或?yàn)R射所述保形地淀積的層(4m)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，直到從所述水平和豎直平面表面完全移除它為止，在所述平行腔(4c) 內(nèi)留下所述導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的納米線(xiàn)狀殘留物(4)。
11.權(quán)利要求10的過(guò)程，其中所述高本征塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由下列組成的組本征或摻雜半導(dǎo)體、金屬、金屬合金、半金屬元素之間的合金、金屬和半金屬元素之間的合金及其混合物。
12.權(quán)利要求11的過(guò)程，其中所述高本征塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由下列組成的組有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si的增強(qiáng)存在的單晶或多晶硅、半導(dǎo)體、有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si 的增強(qiáng)存在的硅鍺合金、鎢、鈦及其合金。
13.權(quán)利要求10的過(guò)程，其中所述第一介電材料(2)是SiO2，所述第二介電材料(3)是 Si3N4,以及所述蝕刻溶液是氫氟酸的水溶液。
14.以及權(quán)利要求10的過(guò)程，其中所述第一介電材料(2)是Si3N4，所述第二介電材料(3)是SiO2,以及所述蝕刻溶液是磷酸的水溶液或熔化物。
15.一種用于塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換裝置的隔膜，由任何數(shù)量的可聯(lián)結(jié)單元(Al、 A2、…)組成，每一個(gè)單元包括寬度(W)對(duì)應(yīng)于隔膜厚度而長(zhǎng)度(L)對(duì)應(yīng)于隔膜表面面積的尺寸或尺寸的分?jǐn)?shù)的疊層，每個(gè)單元有高本征塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的納米線(xiàn)(4)的布居，彼此平行和被絕緣地跨越疊層的寬度延伸，被組織成行和列，所述每個(gè)單元的疊層包括a)第一介電材料(2)和第二介電材料(3)的交替層,該第一介電材料(2)可淀積成厚度小于或等于50nm的連續(xù)膜，可被具體化合物的溶液蝕刻，該第二介電材料(3)有低熱導(dǎo)率，不可被所述溶液蝕刻；b)平行溝槽(Tl、T2、T3、…、Ti…)，這些溝槽的寬度(w)下限對(duì)應(yīng)于光刻術(shù)定義的最小線(xiàn)寬，被間隔開(kāi)至少I(mǎi)ym;c)平行腔(4c)，沿每一溝槽的相對(duì)表面、處用所述蝕刻溶液再處理所述第一介電材料(2)層的蝕刻前緣；d)所述平行納米腔(4c)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體填充材料的線(xiàn)狀納米尺寸殘留物，構(gòu)成被組織成行和列的所述平行間隔開(kāi)的納米線(xiàn)(4)；e)在隔膜的熱輸入/輸出的側(cè)表面上的金屬化(5)，以適合分組電并聯(lián)所述平行納米線(xiàn)⑷；f)平行納米線(xiàn)(4)的所述組的電串聯(lián)的裝置(6)，串連到隔膜的納米線(xiàn)(4)的整個(gè)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端子。
16.權(quán)利要求15的隔膜，其中所述高塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由本征或摻雜半導(dǎo)體、金屬、金屬合金、半金屬的合金、金屬和半金屬之間的合金及其混合物組成的組。
17.權(quán)利要求15的隔膜，其中所述高本征塞貝克系數(shù)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，屬于由下列組成的組有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si的增強(qiáng)存在的單晶和多晶硅、有天然同位素存在或本征的或摻雜以施主和/或受主原子的29Si的增強(qiáng)存在的硅鍺合金、鎢、鈦及其合金。
18.權(quán)利要求15的隔膜，其中所述第一介電材料(2)是SiO2，而所述第二介電材料(3) 是 Si3N4。
19.權(quán)利要求15的隔膜，其中所述第一介電材料(2)是Si3N4，而所述第二介電材料(3) 是 Si02。
20.權(quán)利要求15的隔膜，其特征在于，該疊層有約40nmX20nm平均橫截面的納米線(xiàn)(4)密度，在該疊層的熱輸入/輸出的側(cè)表面的每單位面積上，高達(dá)5X IOki納米線(xiàn)/cm2。
21.權(quán)利要求15的隔膜，其特征在于，該疊層的高度(h)與所述平行溝槽(Tl、T2、 T3、…、Ti…)的重復(fù)的周期或間距，有相同的數(shù)量級(jí)。
全文摘要
有通過(guò)絕緣體被組織成行和列的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的平行納米線(xiàn)的塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換單元和制作過(guò)程。一種可堆疊單元(A1、A2)或更一般地適合被模塊式聯(lián)結(jié)到其他類(lèi)似單元的新穎和有效結(jié)構(gòu)，用于形成塞貝克/珀耳帖熱電轉(zhuǎn)換裝置的相對(duì)地大尺寸的隔膜，可以用普通的平面處理技術(shù)制造。該結(jié)構(gòu)基本上由第一介電材料(2)和第二介電材料(3)的交替層的疊層(A1、A2)組成，該第一介電材料(2)適合被淀積成厚度小于或等于約50μm的膜，有低的熱導(dǎo)率，并且用具體化合物的溶液可蝕刻，該第二介電材料(3)有低的熱導(dǎo)率，但不被該溶液蝕刻。對(duì)于全部寬度，該疊層被平行溝槽(T1、T2、T3)斷續(xù)隔開(kāi)，平行溝槽的寬度(w)可以對(duì)應(yīng)于光刻處理分辨率允許的定義的最小線(xiàn)寬，該光刻處理被用于定義該平行溝槽，但該寬度可以最終受其他參數(shù)限制，首先是該疊層的高度(h)，為了形成該平行溝槽，該疊層高度(h)遭到切割該疊層的豎直蝕刻。
文檔編號(hào)H01L27/16GK102939672SQ201080057120
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者D·納都西, G·塞洛弗里尼 申請(qǐng)人:德?tīng)査傺芯控?cái)團(tuán)