專利名稱：具有可變橫截面連接結(jié)構(gòu)的熱電裝置的制作方法
具有可變橫截面連接結(jié)構(gòu)的熱電裝置
背景技術(shù)：
熱電裝置使用塞貝克效應(yīng)從跨越熱電裝置的溫度梯度產(chǎn)生電功率。相反，熱電裝置利用珀?duì)柼?yīng)，通過(guò)使用電功率在熱電裝置的側(cè)面之間生成溫度梯度。根據(jù)ZT測(cè)量熱電裝置的效率，ZT是無(wú)量綱的品質(zhì)因數(shù)(figure of merit)，由下式定義方程⑴-ZT= ^T
k ，其中S為熱電功率，σ為電導(dǎo)率，k為熱導(dǎo)率，T為熱電裝置的溫度。熱電功率⑶ 由下式定義
dv方程O) J=;
dT，其中V是每度溫度⑴差產(chǎn)生的熱電電壓。已知熱電裝置采集的是本來(lái)作為熱被浪費(fèi)的能量。熱電裝置在采集熱能時(shí)的效率一般很低。


在以下附圖中以舉例方式而非限制方式例示了實(shí)施例，其中類似的附圖標(biāo)記表示類似的元件，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱電裝置的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的熱電裝置的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的熱電裝置的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的熱電裝置的橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造圖1-4所示的熱電裝置的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了簡(jiǎn)單和例示的目的，主要參考其范例描述實(shí)施例的原理。在下述說(shuō)明中，闡述很多具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。但是，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可以實(shí)踐實(shí)施例而不限于這些具體細(xì)節(jié)。在其他情況下，未詳細(xì)描述公知的方法和結(jié)構(gòu)，以免不必要地使實(shí)施例的描述模糊不清。這里公開(kāi)的是一種熱電裝置，其包括至少一個(gè)η型部分和至少一個(gè)ρ型部分。每個(gè)η型部分和每個(gè)P型部分都具有第一電極、第二電極以及一個(gè)或多個(gè)連接第一電極和第二電極的連接結(jié)構(gòu)。N型部分和ρ型部分電氣串聯(lián)連接，但熱學(xué)上并聯(lián)，使得熱電裝置的末端可以處于相同的溫度。連接結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的部分，其被配置成使第一電極和第二電極之間的聲子傳導(dǎo)基本最小化，同時(shí)對(duì)經(jīng)過(guò)連接結(jié)構(gòu)的電子傳導(dǎo)具有成比例地更小的限制效果。首先參考圖1，示出了根據(jù)實(shí)施例的熱電裝置的部分100的橫截面?zhèn)纫晥D。圖1所示的部分100應(yīng)被理解為表示熱電裝置，例如圖4所示的熱電裝置400的η型區(qū)域和ρ型區(qū)域之一。應(yīng)當(dāng)理解，圖1所示的部分100可以包括額外的部件，且這里所述的一些部件可以被去除和/或修改而不脫離包含部分100的熱電裝置的范圍。例如，部分100可以包括熱電裝置的額外的η型或ρ型區(qū)域，如圖4中的熱電裝置400所示。部分100被配置成從跨越熱電裝置的溫度梯度產(chǎn)生電流或通過(guò)熱電裝置施加電流而產(chǎn)生跨越熱電裝置的溫度梯度。如圖1所示，熱電裝置100包括第一電極102、第二電極104以及多個(gè)連接第一電極102和第二電極104的連接結(jié)構(gòu)110。每個(gè)連接結(jié)構(gòu)110包括第一部分112和第二部分114。不同材料的熱電功率不同，通常，半導(dǎo)體的熱電功率大約比金屬大100倍。此外， 半導(dǎo)體的熱電功率的大小取決于摻雜濃度。對(duì)于低摻雜半導(dǎo)體而言熱電功率一般較大，而對(duì)于高摻雜半導(dǎo)體而言一般較小。因此，一方面，由適當(dāng)摻雜的半導(dǎo)體材料形成連接結(jié)構(gòu) 110以產(chǎn)生足夠水平的熱電功率。根據(jù)實(shí)施例，第一部分112具有一寬度，該寬度是基本平行于第一電極102和第二電極104延伸的尺度的尺度，其基本上限制了聲子傳導(dǎo)，對(duì)經(jīng)過(guò)第一部分112的電子傳導(dǎo)水平的限制效果成比例地更小。更具體而言，對(duì)于形成第一部分112的一種或多種材料而言， 第一部分112的寬度小于大致相當(dāng)于聲子的平均自由程的寬度且大于大致相當(dāng)于電子的平均自由程的寬度?？梢詫⒙曌拥钠骄杂沙潭x為碰撞之間聲子行進(jìn)的平均距離，其取決于聲子經(jīng)過(guò)什么材料行進(jìn)以及確定聲子的平均自由程時(shí)材料的溫度。此外，可以將電子的平均自由程定義為碰撞之間電子行進(jìn)的平均距離，其取決于電子經(jīng)過(guò)什么材料行進(jìn)以及確定電子的平均自由程時(shí)材料的溫度。一般而言，對(duì)于大部分材料和大部分溫度而言，電子的平均自由程小于聲子的平均自由程。此外，隨著第一部分112的寬度與相當(dāng)于聲子平均自由程的寬度之比的減小，聲子散射增加。結(jié)果，大大增加的聲子散射可以完全或接近完全抑制聲子傳導(dǎo)，減小熱導(dǎo)率。 相反，通過(guò)電子或空穴載流子在半導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)/遷移而發(fā)生的電導(dǎo)率將受到顯著小的影響，因?yàn)閷?duì)于形成第一部分112的材料而言，第一部分112的寬度大于相當(dāng)于電子的平均自由程的寬度。這樣選擇第一部分112的寬度以散射聲子，而對(duì)電子或空穴載流子經(jīng)過(guò)第一部分112的運(yùn)動(dòng)/遷移沒(méi)有顯著負(fù)面影響。在常規(guī)通常由橫向尺寸更大的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的熱電裝置中，電導(dǎo)率(ο)追隨著熱導(dǎo)率(k)。相反，第一部分112能夠使電導(dǎo)率(σ)與熱導(dǎo)率(k)部分解耦，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體中， 電導(dǎo)率主要是由電子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致，而熱導(dǎo)率主要由聲子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致。隨著112的直徑的減小，熱導(dǎo)率(k)以比電導(dǎo)率(ο)更大的速率減小。結(jié)果，由于兩者都與無(wú)量綱的品質(zhì)因數(shù)(ZT) 有關(guān)系，效率將相應(yīng)地增大。這樣一來(lái)，且如上所述，第一部分112的寬度一般會(huì)使聲子運(yùn)動(dòng)最小化，同時(shí)仍然使電子能夠較自由地運(yùn)動(dòng)。第一部分112的長(zhǎng)度是基于使連接結(jié)構(gòu)110中的電阻量基本最小化的距離計(jì)算的。更具體而言，第一部分112的長(zhǎng)度范圍可以從相當(dāng)于形成第一部分112的材料的聲子的一個(gè)或幾個(gè)平均自由程的長(zhǎng)度到幾個(gè)微米。不過(guò)，因?yàn)殡娮枧c第一部分112的長(zhǎng)度成正比，所以第一部分112的長(zhǎng)度較短是合乎需要的，以便減小電阻。根據(jù)實(shí)施例，第二部分114具有一寬度，確定該寬度的大小，以允許經(jīng)過(guò)第二部分 114傳導(dǎo)聲子和電子。更具體而言，第二部分114的寬度可以大于相當(dāng)于經(jīng)過(guò)第二部分114的材料的聲子的平均自由程的寬度。在一個(gè)方面中，第二部分114的更大寬度用于減小其電阻，因此，第二部分114可以具有比相當(dāng)于經(jīng)過(guò)第二部分114的材料的聲子的平均自由程的寬度大很多倍的寬度。此外，第二部分114具有可以最小化的長(zhǎng)度，以便使連接結(jié)構(gòu)110中的電傳導(dǎo)最大化。通過(guò)使第一部分112與第二部分114串聯(lián)，在與長(zhǎng)度和寬度類似于第一部分112 的恒定橫截面常規(guī)連接結(jié)構(gòu)相比時(shí)，可以大大減小連接結(jié)構(gòu)110的總電阻。不過(guò)，連接結(jié)構(gòu) 110可以具有與恒定橫截面常規(guī)連接結(jié)構(gòu)可比擬的，盡管有些更小的散射聲子的能力。第一部分112可以由例如硅、鍺、碲化鉍、碲化鉛、銻化鉍、鑭硫族化物等形成，包括這些材料中一種或多種的合金。作為具體范例，第一部分112和第二部分114由硅構(gòu)成。在硅中，聲子的平均自由程大約為lOOnm，而電子或空穴的平均自由程大約為lOnm。這樣一來(lái)，在本范例中，第一部分112具有介于IOnm和IOOnm之間的寬度。此外，第二部分114具有大于IOOnm的寬度。作為另一具體范例，連接結(jié)構(gòu)110中的每個(gè)都具有由鍺構(gòu)成的第一部分112和由硅構(gòu)成的第二部分114，在界面處有異質(zhì)結(jié)。在本范例中，使用多種材料對(duì)連接結(jié)構(gòu)110的制造方法有利，如這里在下文中更詳細(xì)描述的。不過(guò)，根據(jù)另一個(gè)范例，在制造連接結(jié)構(gòu)110期間可以用多種材料形成合金。在本范例中，鍺擴(kuò)散到硅中的速率可以比硅擴(kuò)散到鍺中的速率更快。在形成過(guò)程中通過(guò)相互擴(kuò)散將不同材料組合成合金的情況下，附加的益處是聲子散射在合金中顯著增大，在這種情況下，合金為硅鍺合金。可以通過(guò)在沉積連接結(jié)構(gòu)110期間改變多種材料，例如前體的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)連接結(jié)構(gòu)110成分的逐漸變化。此外，不同材料的不同晶格常數(shù)誘發(fā)的應(yīng)變也可能增大聲子散射。現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)另一實(shí)施例的熱電裝置的部分200的橫截面?zhèn)纫晥D。類似于圖1中所示的部分100，圖2所示的部分200應(yīng)被理解為表示熱電裝置，例如圖4所示熱電裝置400的η型區(qū)域和ρ型區(qū)域之一。應(yīng)當(dāng)理解，圖2所示的熱電裝置的部分200可以包括額外的部件，且這里所述的一些部件可以被去除和/或修改而不脫離包含部分200 的熱電裝置的范圍。如圖2所示，部分200包括第一電極102、第二電極104以及多個(gè)連接第一電極102 和第二電極104的連接結(jié)構(gòu)210。連接結(jié)構(gòu)210中的每個(gè)都由第一部分112、第二部分114 和第三部分216構(gòu)成。部分200的連接結(jié)構(gòu)210與圖1所示的部分100的連接結(jié)構(gòu)110執(zhí)行基本相同的功能。這樣一來(lái)，對(duì)于形成第一部分112的一種或多種材料而言，連接結(jié)構(gòu)210中的每個(gè)的第一部分112的寬度小于大致相當(dāng)于聲子的平均自由程的寬度且大于大致相當(dāng)于電子的平均自由程的寬度。此外，第二部分114的寬度大于大致相當(dāng)于形成第二部分114的一種或多種材料的聲子的平均自由程的寬度。類似于第二部分114，第三部分216的寬度也大于大致相當(dāng)于形成第三部分216的一種或多種材料的聲子的平均自由程的寬度。參考圖3，示出了根據(jù)另一實(shí)施例的熱電裝置的部分300的橫截面?zhèn)纫晥D。類似于圖1中所示的部分100和圖2中所示的部分200，圖3所示的部分300應(yīng)被理解為表示熱電裝置，例如圖4所示熱電裝置400的η型區(qū)域和ρ型區(qū)域之一。應(yīng)當(dāng)理解，圖3所示的熱電裝置的部分300可以包括額外的部件，且這里所述的一些部件可以被去除和/或修改而不脫離包含部分300的熱電裝置的范圍。如圖3所示，部分300包括第一電極102、第二電極104以及多個(gè)連接第一電極102 和第二電極104的連接結(jié)構(gòu)310。連接結(jié)構(gòu)310中的每個(gè)都由第一部分112和第二部分314 構(gòu)成。連接結(jié)構(gòu)310與圖1和2所示的部分100和200的連接結(jié)構(gòu)110、200執(zhí)行基本相同的功能。對(duì)于形成第一部分112的一種或多種材料而言，連接結(jié)構(gòu)310中的每個(gè)的第一部分112的寬度小于大致相當(dāng)于聲子的平均自由程的寬度且大于大致相當(dāng)于電子的平均自由程的寬度。類似于圖1和2所示的第二部分114，第二部分314的一部分的寬度大于大致相當(dāng)于形成第二部分314的一種或多種材料的聲子的平均自由程的寬度。不過(guò)，與圖1和2所示的第二部分114不同的是，第二部分314具有錐形形狀，底位于第二電極104 上，頂連接到第一部分112并與第一部分112具有類似寬度。盡管將第一部分112和第二部分314圖示為在其相交位置320處大小相同，但應(yīng)該理解，第一部分112和第二部分314 之一可以比第一部分112和第二部分314中的另一個(gè)具有更大寬度，這不脫離連接結(jié)構(gòu)310 的范圍。在這種情況下，在第一部分112和第二部分314的相交處320可以形成間斷性 (discontinuity)。在替代實(shí)施例中，盡管未示出，第一部分112也具有錐形形狀，類似于第二部分 314，錐形形狀的底與第一電極102接觸。在這一實(shí)施例中，第一部分112和第二部分314 的尖端彼此接觸，對(duì)于形成第一部分112和第二部分314中任一個(gè)或兩者的一種或多種材料而言，尖端中的至少一個(gè)具有的寬度小于或大致相當(dāng)于聲子的平均自由程且大于大致相當(dāng)于電子的平均自由程的寬度。此外，在第一部分112和第二部分314的尖端的相交處320 可以形成間斷性。在這種情況下，尖端之一可以具有比形成所述尖端之一的一種或多種材料的聲子的平均自由程更大的寬度。參考圖4，示出了根據(jù)實(shí)施例的熱電裝置400的橫截面?zhèn)纫晥D。應(yīng)當(dāng)理解，圖4所示的熱電裝置400可以包括額外的部件，且這里所述的一些部件可以被去除和/或修改而不脫離熱電裝置400的范圍。例如，熱電裝置400可以包括任意數(shù)量的第一電極、第二電極和連接結(jié)構(gòu)。如圖4所示，熱電裝置400包括第一電極102、一對(duì)第二電極104和一對(duì)連接結(jié)構(gòu) 410。第一電極102被示為通過(guò)一對(duì)ρ型和η型連接結(jié)構(gòu)410連接到第二電極104。盡管ρ 型和η型連接結(jié)構(gòu)410中的每個(gè)都被示為將第一電極102連接到相應(yīng)的第二電極104，但應(yīng)該理解，多個(gè)ρ型和η型連接結(jié)構(gòu)410可以將第一電極102連接到第二電極104。盡管圖4中未明確示出，但熱電裝置400的連接結(jié)構(gòu)410可以具有圖1_3中所示連接結(jié)構(gòu)110、210和310中的任一個(gè)的形狀。此外，除了連接結(jié)構(gòu)410之外，還可以為熱電裝置400提供機(jī)械支撐。機(jī)械支撐可以包括例如絕緣體或從熱電裝置400的形成過(guò)程中保留下來(lái)的氧化物層。現(xiàn)在參考圖5，示出了根據(jù)實(shí)施例制造圖1-4所示的熱電裝置400的部分100、200 和300的方法500的流程圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖5中所示的方法500可以包括額外的步驟，可以去除和/或修改這里所述的一些步驟而不脫離方法500的范圍。在步驟502，可以提供至少一個(gè)第一電極102。例如，可以通過(guò)任何適當(dāng)工藝，例如生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積、濺射、蒸鍍、構(gòu)圖、鍵合等中的一種或多種形成所述至少一個(gè)第一電極 102，以提供所述至少一個(gè)第一電極102。作為另一范例，可以預(yù)制至少一個(gè)第一電極102， 提供的步驟可以包括相對(duì)于至少一個(gè)第二電極104設(shè)置至少一個(gè)第一電極102。在步驟504，可以提供一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，使得一段或多段材料中的至少一個(gè)與第一電極102接觸。例如，可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)男纬晒に囆纬梢欢位蚨喽芜B接結(jié)構(gòu)材料來(lái)提供一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，形成工藝?yán)缡巧L(zhǎng)、催化或無(wú)催化化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、分子束沉積、分子束外延、激光燒蝕、濺射、選擇性蝕刻等。作為另一范例，可以預(yù)制一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，提供的步驟可以包括設(shè)置一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，從而將一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料中的至少一段設(shè)置成與第一電極102接觸。一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料由形成連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410的材料構(gòu)成。就此而言，一段連接結(jié)構(gòu)材料可以包括形成第一部分112的一種或多種材料，另一段連接結(jié)構(gòu)材料可以包括形成第二部分114、314的一種或多種材料，等等。此外，當(dāng)在步驟504提供多段連接結(jié)構(gòu)材料時(shí)，可以將這些段擴(kuò)散在一起以如上所述增強(qiáng)聲子散射。在任何情況下，在形成連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410期間，可以將不同段的連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410形成為具有可變的橫截面。不過(guò)，任選地，在步驟506，如果在步驟504期間未生成可變橫截面，可以修改一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料。如果執(zhí)行的話，可以修改一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，以形成具有如上所述的相應(yīng)的第一部分112和第二部分114、314的一個(gè)或多個(gè)連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410。 可以通過(guò)任何適當(dāng)工藝或工藝組合來(lái)修改一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，工藝?yán)缡茄诒巍⑦x擇性蝕刻、氧化、擴(kuò)散、光刻等中的一種或多種。作為特定范例，可以由多段由不同材料構(gòu)成的連接結(jié)構(gòu)材料形成一個(gè)或多個(gè)連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410。在本范例中，多段連接結(jié)構(gòu)材料之一包括鍺，另一段連接結(jié)構(gòu)材料包括硅。掩蔽包括硅的連接結(jié)構(gòu)材料段以保護(hù)它不受環(huán)境氧化。然后氧化連接結(jié)構(gòu)材料段， 在未被掩蔽的包括鍺的連接結(jié)構(gòu)材料段上形成二氧化鍺(GeO2)。然后可以有選擇地去除連接結(jié)構(gòu)材料的鍺段上的二氧化鍺而不去除硅，以形成第一部分112，使得第一部分112的寬度小于第二部分114、314。此外或替代地，可以不從連接結(jié)構(gòu)材料的鍺段去除二氧化鍺，因?yàn)榘醾鲗?dǎo)和電傳導(dǎo)的主要傳導(dǎo)將經(jīng)過(guò)連接結(jié)構(gòu)的未氧化區(qū)域。這樣一來(lái)，可以有選擇地去除二氧化鍺以獲得經(jīng)過(guò)連接結(jié)構(gòu)的期望的傳導(dǎo)性質(zhì)。此外，可以將連接結(jié)構(gòu)材料的鍺段形成的第一部分112的寬度減小到小于大致相當(dāng)于經(jīng)過(guò)第一部分112的聲子的平均自由程的寬度。在另一個(gè)范例中，連接結(jié)構(gòu)段也是由Ge和Si形成并且所述段被氧化。不過(guò)，在本范例中，Si段不受掩蔽的保護(hù)。Si和Ge段都被氧化，但速率不同，使得不同段的寬度減小不同的量。在本范例的進(jìn)一步明確表達(dá)中，然后將氧化的結(jié)構(gòu)暴露于選擇性蝕刻劑，例如水，其去除Ge氧化物但不去除Si氧化物。重復(fù)上述氧化和蝕刻工藝以較之Si段的直徑多得多地減小Ge段的直徑，生成連接段的期望的可變橫截面。作為另一特定范例，連接結(jié)構(gòu)110、210、310、410中的一個(gè)或多個(gè)通過(guò)由不同材料構(gòu)成的多種連接結(jié)構(gòu)材料形成，通過(guò)利用不同材料的不同擴(kuò)散速率形成第一部分112和第二部分114。在本范例中，連接結(jié)構(gòu)段之一包括鍺，連接結(jié)構(gòu)段中的另一個(gè)包括硅。一般而言，鍺擴(kuò)散到硅中比硅擴(kuò)散到鍺中更快。擴(kuò)散速率的這種差異導(dǎo)致從連接結(jié)構(gòu)的鍺段向連接結(jié)構(gòu)的硅段輸送了凈質(zhì)量，這導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)的初始鍺段與連接結(jié)構(gòu)的初始硅段相比具有更細(xì)的錐形段。在步驟508，可以提供至少一個(gè)第二電極104。例如，可以通過(guò)任何適當(dāng)工藝，例如生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積、濺射、蝕刻、光刻等中的一種或多種形成至少一個(gè)第二電極104，以提供至少一個(gè)第二電極104?；蛘撸缭诓襟E504和506中所述，可以在形成連接結(jié)構(gòu)110、 210、310之前提供至少一個(gè)第二電極104。不過(guò)，在提供連接結(jié)構(gòu)110、210、310之后提供至少一個(gè)第二電極104可以更容易地促進(jìn)通過(guò)利用催化的納米線生長(zhǎng)的工藝形成熱電裝置 100-400。例如，可以在利用催化的納米線的整個(gè)工藝中改變壓力，以便改變連接結(jié)構(gòu)110、 210、310的直徑。作為另一具體范例，可以使用方法500來(lái)形成熱電裝置400，其具有形成為圖4所示的η型和P型半導(dǎo)體的連接結(jié)構(gòu)410。在本范例中，將熱電裝置400形成為具有多個(gè)連接結(jié)構(gòu)410，其中，將特定的一對(duì)電極102、104之間的一個(gè)或多個(gè)連接結(jié)構(gòu)410摻雜成ρ型或 η型半導(dǎo)體，并將特定的另一對(duì)電極102、104之間的一個(gè)或多個(gè)連接結(jié)構(gòu)410摻雜成η型或P型半導(dǎo)體中的另一種。更具體而言，例如，可以在提供η型連接結(jié)構(gòu)410的同時(shí)掩蔽ρ 型連接結(jié)構(gòu)410，可以在提供ρ型連接結(jié)構(gòu)410的同時(shí)掩蔽η型連接結(jié)構(gòu)410，以基本防止 P型和η型連接結(jié)構(gòu)410之間的交叉污染。這里已描述和圖示的是實(shí)施例及其一些變化。僅僅通過(guò)例示來(lái)闡述這里使用的術(shù)語(yǔ)、描述和附圖，而并非意在構(gòu)成限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在主題及其等同物的精神和范圍之內(nèi)很多變化是可能的，意在由以下權(quán)利要求界定主題，其中所有術(shù)語(yǔ)都以其最寬的合理意義表達(dá)含義，除非另有陳述。
權(quán)利要求
1.一種具有可變橫截面連接結(jié)構(gòu)的熱電裝置，所述熱電裝置包括第一電極；第二電極；以及具有第一部分和第二部分的連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)連接所述第一電極和所述第二電極，其中所述第一部分具有寬度且所述第二部分具有寬度，其中所述第二部分的寬度大于所述第一部分的寬度，且其中所述第一部分的寬度小于大致相當(dāng)于經(jīng)過(guò)所述第一部分的聲子的平均自由程的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其中所述連接結(jié)構(gòu)具有第三部分，其中進(jìn)一步地， 所述第一部分位于所述第二部分和所述第三部分之間，且其中所述第三部分的寬度大于所述第一部分的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其中所述第二部分包括錐形橫截面，且其中所述第一部分連接到位于所述錐形橫截面一端的尖端。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，其中所述第一部分包括從以下材料構(gòu)成的組中選擇的材料硅、鍺、碲化鉍、碲化鉛、銻化鉍、鑭硫族化物以及硅、鍺、碲化鉍、碲化鉛、銻化鉍、鑭硫族化物中的一種或多種的合金。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，其中所述第一部分與所述第二部分包括相同的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，其中所述第一部分與所述第二部分包括不同的材料。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，其中所述第一部分具有長(zhǎng)度，所述第一部分的長(zhǎng)度大于大致相當(dāng)于經(jīng)過(guò)所述第一部分的聲子的平均自由程的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱電裝置，其中所述第一部分的寬度和所述第二部分的寬度形成過(guò)渡，其中所述過(guò)渡是平直的。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，其中所述第二部分具有納米尺度的寬度。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置，還包括多個(gè)第二電極，多個(gè)連接結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)連接結(jié)構(gòu)中的每個(gè)連接結(jié)構(gòu)具有第一部分和第二部分，所述多個(gè)連接結(jié)構(gòu)中的每個(gè)連接結(jié)構(gòu)將所述第一電極連接到所述多個(gè)第二電極，其中所述第一部分中的每個(gè)第一部分的寬度小于大致相當(dāng)于經(jīng)過(guò)所述第一部分的聲子的平均自由程的寬度，且其中所述多個(gè)連接結(jié)構(gòu)中的每個(gè)連接結(jié)構(gòu)是η型結(jié)構(gòu)或ρ型結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱電裝置，其中將所述η型結(jié)構(gòu)布置成組并連接在所述第一電極和一第二電極之間，將所述P型結(jié)構(gòu)布置成組并連接在所述第一電極和另一第二電極之間，其中所述η型結(jié)構(gòu)的組與所述ρ型結(jié)構(gòu)的組交替布置，所述第一電極將一組η型結(jié)構(gòu)的一端與相鄰組的P型結(jié)構(gòu)的一端相連接。
12.一種制造根據(jù)以上權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的熱電裝置的方法，所述方法包括提供至少一個(gè)第一電極；提供一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料，其中所述一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料中的至少一段連接到所述至少一個(gè)第一電極，其中所述連接結(jié)構(gòu)由所述一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料形成；以及提供與所述一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料中的至少一段接觸的至少一個(gè)第二電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中提供一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料還包括利用催化的納米線生長(zhǎng)工藝來(lái)生長(zhǎng)所述一段或多段。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中使用催化的納米線生長(zhǎng)工藝還包括如下至少一項(xiàng)改變前體以改變所述一段或多段的成分，以及改變施加到所述一段或多段的壓力以改變所述一段或多段的直徑。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中提供所述一段或多段連接結(jié)構(gòu)材料還包括通過(guò)應(yīng)用一種或多種氧化工藝使所述第一段與所述第二段相比具有不同的寬度。
全文摘要
一種具有可變橫截面連接結(jié)構(gòu)的熱電裝置包括第一電極、第二電極和連接第一電極和第二電極的連接結(jié)構(gòu)。連接結(jié)構(gòu)具有第一部分和第二部分。第二部分的寬度大于第一部分的寬度，第一部分的寬度小于大致相當(dāng)于經(jīng)過(guò)第一部分的聲子的平均自由程的寬度。
文檔編號(hào)H01L35/28GK102428585SQ200980159307
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者A·M·布拉特科夫斯基, H·S·卓, N·J·基托里亞諾, P·J·屈克斯, R·S·威廉斯, T·I·卡明斯 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司