專利名稱：半導(dǎo)體制冷器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷器件，具體涉及一種半導(dǎo)體制冷器件。
背景技術(shù)：
“半導(dǎo)體致冷器件”是一種固態(tài)器件，是一種節(jié)能減排的新型產(chǎn)品。它工作效率高， 制冷效率達(dá)到95%以上，制熱效率可以達(dá)到100%，目前還沒(méi)有一種工作效率達(dá)到如此高的產(chǎn)品，起到了節(jié)約能源的效果；無(wú)污染、無(wú)噪音，達(dá)到真正的零排放的環(huán)保要求；不需要維護(hù)；安裝使用簡(jiǎn)單方便；控制簡(jiǎn)單，只要控制“半導(dǎo)體致冷器件”的工作電流的大小，就可以控制制冷或制熱的功率，改變“半導(dǎo)體致冷器件”的工作電壓的極性就可以進(jìn)行制冷或制熱的轉(zhuǎn)換；制冷或制熱速度快，只有幾秒鐘的時(shí)間就可以達(dá)到制冷或制熱的效果；冷熱轉(zhuǎn)換不需要等待，可以立即轉(zhuǎn)換；冷熱溫差大，單極的冷熱溫差可以達(dá)到68°C左右，采用二級(jí)或多級(jí)可以達(dá)到更大的冷熱溫差。目前，國(guó)內(nèi)外早已有多家企業(yè)在生產(chǎn)半導(dǎo)體制冷器件，但是，由于半導(dǎo)體制冷器件的生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，使目前的半導(dǎo)體制冷效率在85%左右，半導(dǎo)體制冷器件的制冷功率 (風(fēng)冷)均在10W，最大為100W的水平，單極功率在0. 5W左右，工作電壓只有DC. 0. 15V左右。要組成工作電壓為DC. 24V，制冷功率為IOW的半導(dǎo)體制冷器件就需要幾千對(duì)的半導(dǎo)體制冷器件串并連組合成一個(gè)器件，制作工藝復(fù)雜，合格率低下，大約只有78%左右，因基本都是靠人工手工進(jìn)行制作的，所以生產(chǎn)工作量大，器件性能不穩(wěn)定，不可靠。因此，半導(dǎo)體制冷器件現(xiàn)在還不能直接使用在需求制冷功率大的產(chǎn)品上，如空調(diào)機(jī)/器、大容量冰箱等產(chǎn)品，也還沒(méi)有采用風(fēng)冷方式的半導(dǎo)體制冷器件在大功率制冷產(chǎn)品使用的相關(guān)資料出現(xiàn)。傳統(tǒng)的制冷器件通過(guò)用硒和鍺對(duì)單晶硅的摻雜，并用硅和硒進(jìn)行延伸，形成的制冷器件制冷效率低，制冷速度慢。鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體制冷器件。其具有如下文所述之技術(shù)特征，以解決現(xiàn)有的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體制冷器件，它能將上千至數(shù)萬(wàn)個(gè)器件集成制作在一片硅片上，并按照要求直接在硅片上進(jìn)行串并聯(lián)的連接，制成的半導(dǎo)體制冷器件單片達(dá)到幾十伏的工作電壓和在風(fēng)冷狀態(tài)下達(dá)到數(shù)百瓦的制冷功率，同時(shí)可以極大的提高“半導(dǎo)體制冷器件”的可靠性和穩(wěn)定性，另外，可以將半導(dǎo)體制冷器件的生產(chǎn)合格率提高到了 99. 9%。本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種半導(dǎo)體制冷器件，包括單晶硅、碲化釹化合層及礬化鉈化合層；所述的單晶硅呈薄片狀，單晶硅表面設(shè)有一層保護(hù)層，通過(guò)高純度的碲化釹的化合物及高純度的礬化鉈的化合物分別在單晶硅的兩側(cè)進(jìn)行二次或多次摻雜，形成所述的碲化釹化合層及礬化鉈化合層，形成一個(gè)PN結(jié)。上述的半導(dǎo)體制冷器件，其中，所述的單晶硅的純度大于等于99. 95%。
上述的半導(dǎo)體制冷器件，其中，所述的碲化釹的純度大于等于99. 99%。上述的半導(dǎo)體制冷器件，其中，所述的碲化釹化合層在單晶硅的一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅的厚度的49. 999% _50%，且摻雜的濃度為35% -48%，形成的所述的碲化釹化合層作為半導(dǎo)體制冷器件的P型半導(dǎo)體。上述的半導(dǎo)體制冷器件，其中，所述的礬化鉈的純度大于等于99. 99%。上述的半導(dǎo)體制冷器件，其中，所述的礬化鉈化合層在單晶硅的另一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅的厚度的99. 999% _50%，且摻雜的濃度為35% -48%，形成的所述的礬化鉈化合層作為半導(dǎo)體制冷器件的N型半導(dǎo)體。一種上述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其中，該方法至少包括如下步驟步驟1，在單晶硅的兩側(cè)表面注入雜質(zhì)離子；步驟2，在單晶硅的兩側(cè)表面進(jìn)行退火，同時(shí)將雜質(zhì)離子在單晶硅內(nèi)再分布，恢復(fù)單晶硅因高能離子束撞擊導(dǎo)致的晶格損傷。上述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其中，所述的步驟1中還包括步驟1. 1，在單晶硅的摻雜面上，雜質(zhì)離子注入單晶硅的本體中；步驟1. 2，在非摻雜面上，雜質(zhì)離子被單晶硅的表面的保護(hù)層屏蔽。上述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其中，所述的步驟1中退火的溫度范圍為 9500C -1050°C ；退火的時(shí)間范圍為25分鐘-35分鐘。本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件由于采用了上述方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件采用高純度的碲化釹化合物和高純度的礬化鉈化合物對(duì)硅片進(jìn)行二次或多次摻雜，半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)達(dá)到98%以上；利用大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)工藝將上千至數(shù)萬(wàn)個(gè)器件集成制作在一片硅片上，并按照要求直接在硅片上進(jìn)行串并連的連接，使制成的半導(dǎo)體制冷器件單片達(dá)到幾十伏的工作電壓和在風(fēng)冷狀態(tài)下達(dá)到數(shù)百瓦的制冷功率，同時(shí)可以極大的提高“半導(dǎo)體制冷器件”的可靠性和穩(wěn)定性，另外，可以將半導(dǎo)體制冷器件的生產(chǎn)合格率提高到了 99. 9%。以下，將通過(guò)具體的實(shí)施例做進(jìn)一步的說(shuō)明，然而實(shí)施例僅是本發(fā)明可選實(shí)施方式的舉例，其所公開(kāi)的特征僅用于說(shuō)明及闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。


為了更好的理解本發(fā)明，可參照本說(shuō)明書(shū)援引的以供參考的附圖，附圖中圖1是本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求和發(fā)明內(nèi)容所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下所述。請(qǐng)參見(jiàn)附圖1所示，本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件包括單晶硅01、碲化釹化合層02及礬化鉈化合層03 ；單晶硅01呈薄片狀，單晶硅01表面設(shè)有一層保護(hù)層，通過(guò)高純度的碲化釹的化合物及高純度的礬化鉈的化合物分別在單晶硅01的兩側(cè)進(jìn)行二次或多次摻雜，形成碲化釹化合層02及礬化鉈化合層03，形成一個(gè)PN結(jié)。單晶硅01的純度大于等于99. 95%;碲化釹的純度大于等于99. 99%，碲化釹化合層02在單晶硅01的一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅01的厚度的49. 999% -50%，且摻雜的濃度為35% -48% ；礬化鉈的純度大于等于99. 99%，礬化鉈化合層03在單晶硅01的另一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅01的厚度的49. 999% -50%，且摻雜的濃度為35% -48% ；高純度的碲化釹化合物及高純度的礬化鉈化合物對(duì)單晶硅01進(jìn)行二次摻雜或多次摻雜。單晶硅01、碲化釹化合層02及礬化鉈化合層03構(gòu)成的半導(dǎo)體制冷器件厚度范圍約是1. 5-2毫米，碲化釹化合層02作為半導(dǎo)體制冷器件的P型半導(dǎo)體，礬化鉈化合層03作為半導(dǎo)體制冷器件的N型半導(dǎo)體。本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法如下?lián)诫s時(shí)要求采用純度為> 99. 99%的氦氣或氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。為保證摻雜的均勻性應(yīng)采用離子注入和退火再分布摻雜技術(shù)。離子注入是通過(guò)高能離子束轟擊單晶硅01的表面，在摻雜面上，雜質(zhì)離子被注入單晶硅01薄片本體，在其他部位，雜質(zhì)離子被單晶硅01薄片表面的保護(hù)層屏蔽，完成選擇摻雜的過(guò)程。進(jìn)入單晶硅01薄片中的雜質(zhì)離子在一定的位置形成一定的分布。通常，離子注入的深度(平均射程)較淺且濃度較大，必須重新使它們?cè)俜植?。摻雜深度由注入雜質(zhì)離子的能量和質(zhì)量決定，摻雜濃度由注入雜質(zhì)離子的數(shù)目 (劑量)決定。同時(shí)，由于高能粒子的撞擊，導(dǎo)致單晶硅01的硅結(jié)構(gòu)的晶格發(fā)生損傷，為恢復(fù)晶格損傷，在離子注入后要進(jìn)行退火處理，根據(jù)注入的雜質(zhì)數(shù)量不同，退火溫度在950°c 1050°C之間，退火時(shí)間大約在30min左右。在退火的同時(shí)，摻入的雜質(zhì)同時(shí)向單晶硅01的硅體內(nèi)進(jìn)行再分布，如果需要，還要進(jìn)行后續(xù)的高溫處理以獲得所需的結(jié)深和分布。摻雜的次數(shù)具體的生產(chǎn)設(shè)備而定，其目的是要達(dá)到摻雜的厚度和濃度。如果設(shè)備控制精度高，一般采用二次摻雜就可以達(dá)到所需要的摻雜的厚度和濃度，形成了一個(gè)PN結(jié)。 綜上所述，本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件采用高純度的碲化釹化合物和高純度的礬化鉈化合物對(duì)硅片進(jìn)行二次或多次摻雜，半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)達(dá)到98%以上；利用大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)工藝將上千至數(shù)萬(wàn)個(gè)器件集成制作在一片硅片上，并按照要求直接在硅片上進(jìn)行串并連的連接，使制成的半導(dǎo)體制冷器件單片達(dá)到幾十伏的工作電壓和在風(fēng)冷狀態(tài)下達(dá)到數(shù)百瓦的制冷功率，同時(shí)可以極大的提高“半導(dǎo)體制冷器件”的可靠性和穩(wěn)定性， 另外，可以將半導(dǎo)體制冷器件的生產(chǎn)合格率提高到了 99.9%。 上述內(nèi)容為本發(fā)明半導(dǎo)體制冷器件的具體實(shí)施例的列舉，對(duì)于其中未詳盡描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)理解為采取本領(lǐng)域已有的通用設(shè)備及通用方法來(lái)予以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于，包括單晶硅(01)、碲化釹化合層(0 及礬化鉈化合層(0 ；所述的單晶硅(01)呈薄片狀，單晶硅(01)表面設(shè)有一層保護(hù)層，通過(guò)高純度的碲化釹的化合物及高純度的礬化鉈的化合物分別在單晶硅(01)的兩側(cè)進(jìn)行二次或多次摻雜，形成所述的碲化釹化合層(0 及礬化鉈化合層(03)，形成一個(gè)PN結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于所述的單晶硅(01)的純度大于等于99. 95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于所述的碲化釹的純度大于等于 99. 99%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于所述的碲化釹化合層(02)在單晶硅(01)的一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅(01)的厚度的49. 999%-50%，且摻雜的濃度為 35%-48%，形成的所述的碲化釹化合層(0 作為半導(dǎo)體制冷器件的P型半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于所述的礬化鉈的純度大于等于 99. 99%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件，其特征在于所述的礬化鉈化合層(03)在單晶硅(01)的另一側(cè)摻雜的厚度為單晶硅(01)的厚度的49. 999%-50%，且摻雜的濃度為35% -48%，形成的所述的礬化鉈化合層(0 作為半導(dǎo)體制冷器件的N型半導(dǎo)體。
7.—種權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其特征在于該方法至少包括如下步驟步驟1，在單晶硅(01)的兩側(cè)表面注入雜質(zhì)離子；步驟2，在單晶硅(01)的兩側(cè)表面進(jìn)行退火，同時(shí)將雜質(zhì)離子在單晶硅(01)內(nèi)再分布， 恢復(fù)單晶硅(01)因高能離子束撞擊導(dǎo)致的晶格損傷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其特征在于所述的步驟1中還包括步驟1. 1，在單晶硅(01)的摻雜面上，雜質(zhì)離子注入單晶硅(01)的本體中；步驟1.2，在非摻雜面上，雜質(zhì)離子被單晶硅(01)的表面的保護(hù)層屏蔽。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體制冷器件的摻雜方法，其特征在于所述的步驟1中退火的溫度范圍為950°C -1050°C ；退火的時(shí)間范圍為25分鐘-35分鐘。
全文摘要
一種半導(dǎo)體制冷器件，包括單晶硅、碲化釹化合層及礬化鉈化合層；單晶硅呈薄片狀，單晶硅表面設(shè)有一層保護(hù)層，通過(guò)高純度的碲化釹的化合物及高純度的礬化鉈的化合物分別在單晶硅的兩側(cè)進(jìn)行二次或多次摻雜，形成碲化釹化合層及礬化鉈化合層，形成一個(gè)PN結(jié)。本發(fā)明采用高純度的碲化釹化合物和高純度的礬化鉈化合物對(duì)硅片進(jìn)行二次或多次摻雜，半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)達(dá)到98％以上，制成的半導(dǎo)體制冷器件單片達(dá)到幾十伏的工作電壓和在風(fēng)冷狀態(tài)下達(dá)到數(shù)百瓦的制冷功率，同時(shí)可以極大的提高“半導(dǎo)體制冷器件”的可靠性和穩(wěn)定性，另外，可以將半導(dǎo)體制冷器件的生產(chǎn)合格率提高到了99.9％。
文檔編號(hào)F25B21/02GK102255037SQ20101018049
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者吳榮鋼 申請(qǐng)人:上?？苽サ蛪弘娖鲝S