一種雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱電轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種基于材料的塞貝克效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)化成電能的電力技術(shù)。作為一種新能源和可再生能源的利用技術(shù)，由于其體積小、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠充分利用工業(yè)余熱、廢熱、地?zé)岬鹊推肺荒茉?，為解決能源危機(jī)帶來(lái)新的希望。
[0003]由于每個(gè)熱電單元輸出的電壓很低，為了獲得較高的電壓以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，通常將很多熱電偶對(duì)串聯(lián)成熱電堆，從而獲得具有較高輸出電壓的熱電能量采集器。
[0004]根據(jù)熱流流經(jīng)方向的不同，熱電能量采集器主要分為垂直結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。垂直結(jié)構(gòu)由于熱電偶臂端面與導(dǎo)熱襯底接觸面積較大，有良好的接觸，可以降低接觸熱阻和接觸電阻。但目前大多數(shù)垂直結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器所采用BiTe等化合物，對(duì)人體和環(huán)境有害，且與CM0S-MEMS工藝不兼容，很難實(shí)現(xiàn)低成本的批量化生產(chǎn)。平面結(jié)構(gòu)一般為熱流方向沿?zé)犭娕急叟c導(dǎo)熱襯底平行的薄膜熱電偶器件。相比垂直結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器，平面結(jié)構(gòu)的器件熱流路徑不及前者，但由于其具有較小的接觸面，從而導(dǎo)致器件具有較高的集成度。但是由于器件內(nèi)部的接觸電阻和接觸熱阻都比較大，以及制備這種結(jié)構(gòu)所使用的材料本身熱電優(yōu)值系數(shù)低，導(dǎo)致器件的溫差利用率低、輸出功率較小。
[0005]熱電能量采集器的研究工作主要集中在兩方面:1、尋找易于加工的具有高優(yōu)值系數(shù)的熱電材料；2、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，使溫差盡可能的落在熱電偶臂兩端。熱電能量采集器的發(fā)展目標(biāo)是運(yùn)用具有較高熱電優(yōu)值系數(shù)的材料制備易于加工和集成的具有良好熱流路徑的器件。
[0006]因此，如何提供一種新型熱電能量采集器及其制作方法，以提高熱電能量采集器的集成度、提升器件的溫差利用率和發(fā)電功率，并降低生產(chǎn)成本，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中熱電能量采集器集成度不高、溫差利用率差、成本較高的問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器的制造方法，包括以下步驟:
[0009]S1:提供一自下而上依次包括第一導(dǎo)熱板、第一絕緣層及第一類型摻雜結(jié)構(gòu)層的基板；
[0010]S2:刻蝕所述結(jié)構(gòu)層，形成若干分立的并由所述第一絕緣層隔離的雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)；所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)包括底部凸臺(tái)及形成于所述底部凸臺(tái)上的頂部凸臺(tái)，其中，所述底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)均具有傾斜側(cè)壁，且所述頂部凸臺(tái)在水平面上的投影面積小于所述底部凸臺(tái)在水平面上的投影面積；
[0011]S3:形成覆蓋所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的第二絕緣層；
[0012]S4:在所述第二絕緣層上形成若干分立的第二類型摻雜多晶硅塊；所述多晶硅塊的一端與一個(gè)所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的底部凸臺(tái)部分重疊、另一端與另一個(gè)所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)部分重疊；
[0013]S5:制作與所述底部凸臺(tái)連通的第一導(dǎo)電塊及與所述頂部凸臺(tái)連通的第二導(dǎo)電塊，使所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述多晶硅塊通過(guò)所述第一導(dǎo)電塊及所述第二導(dǎo)電塊相互交替依次相連；
[0014]S6:提供第二導(dǎo)熱板，將所述第二導(dǎo)熱板與所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)頂部連接。
[0015]可選地，于所述步驟S1中，所述基板的形成方法包括:
[0016]S1-1:提供第一硅片及第二硅片，將所述第一硅片及第二硅片表面氧化，形成二氧化娃層；
[0017]S1-2:將所述第一硅片及第二硅片鍵合，其中，所述第一硅片及第二硅片鍵合面上的二氧化硅層作為所述第一絕緣層；
[0018]S1-3:將所述第一硅片作為所述第一導(dǎo)熱板，并將所述第二硅片減薄至預(yù)設(shè)厚度作為所述結(jié)構(gòu)層。
[0019]可選地，于所述步驟S2中，采用濕法腐蝕刻蝕所述結(jié)構(gòu)層。
[0020]可選地，于所述步驟S2中，所述頂部凸臺(tái)及底部凸臺(tái)的縱截面均為梯形。
[0021]可選地，于所述步驟S3中，還包括刻蝕所述第二絕緣層，形成暴露出部分所述底部凸臺(tái)的第一接觸孔以及暴露出部分所述頂部凸臺(tái)的第二接觸孔，并通過(guò)所述第一接觸孔及第二接觸孔分別對(duì)所述底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)進(jìn)行第一類型重?fù)诫s的步驟。
[0022]可選地，所述步驟S4包括:
[0023]S4-1:在所述第二絕緣層上沉積多晶娃層；
[0024]S4-2:對(duì)所述多晶硅層進(jìn)行第二類型離子注入；
[0025]S4-3:圖形化所述多晶硅層，得到若干所述第二類型摻雜多晶硅塊；
[0026]S4-4:在所述第一接觸孔及第二接觸孔相對(duì)應(yīng)的位置對(duì)所述多晶硅塊開(kāi)孔，分別暴露出部分所述底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)。
[0027]可選地，所述步驟S5包括:
[0028]S5-1:沉積導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層填充進(jìn)所述第一接觸孔及第二接觸孔；
[0029]S5-2:圖形化所述導(dǎo)電層，得到所述第一導(dǎo)電塊及第二導(dǎo)電塊。
[0030]可選地，于所述步驟S6中，通過(guò)導(dǎo)熱硅膠將所述第二導(dǎo)熱板粘貼于所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)頂部。
[0031]可選地，所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為P型摻雜及N型摻雜；或者所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為N型摻雜及P型摻雜。
[0032]可選地，所述頂部凸臺(tái)的厚度大于所述底部凸臺(tái)的厚度。
[0033]本發(fā)明還提供一種雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器，包括:
[0034]第一導(dǎo)熱板；
[0035]形成于所述第一導(dǎo)熱板上的第一絕緣層；
[0036]形成于所述第一絕緣層上的若干分立的雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)；所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)包括底部凸臺(tái)及形成于所述底部凸臺(tái)上的頂部凸臺(tái)，其中，所述底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)均具有傾斜側(cè)壁，且所述頂部凸臺(tái)在水平面上的投影面積小于所述底部凸臺(tái)在水平面上的投影面積；
[0037]覆蓋所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的第二絕緣層；
[0038]形成于所述第二絕緣層上的若干分立的第二類型摻雜多晶硅塊；所述多晶硅塊的一端與一個(gè)所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的底部凸臺(tái)部分重疊、另一端與另一個(gè)所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的底部凸臺(tái)及頂部凸臺(tái)部分重疊；
[0039]與所述底部凸臺(tái)連通的第一導(dǎo)電塊及與所述頂部凸臺(tái)連通的第二導(dǎo)電塊；所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與所述多晶硅塊通過(guò)所述第一導(dǎo)電塊及所述第二導(dǎo)電塊相互交替依次相連；
[0040]以及與所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)頂部連接的第二導(dǎo)熱板。
[0041]可選地，所述頂部凸臺(tái)及底部凸臺(tái)的縱截面均為梯形。
[0042]可選地，所述底部凸臺(tái)與所述第一導(dǎo)電塊的接觸部位及所述頂部凸臺(tái)與所述第二導(dǎo)電塊的接觸部位均具有第一類型重?fù)诫s層。
[0043]可選地，所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為P型摻雜及N型摻雜；或者所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為N型摻雜及P型摻雜。
[0044]可選地，所述頂部凸臺(tái)的厚度大于所述底部凸臺(tái)的厚度。
[0045]如上所述，本發(fā)明的雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器及其制作方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)的熱電能量采集器中，所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)與多晶硅塊通過(guò)第一導(dǎo)電塊及第二導(dǎo)電塊相互交替依次相連，其中，所述雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)作為第一類型摻雜熱電偶臂，所述多晶硅塊作為第二類型摻雜熱電偶臂，形成相互串聯(lián)的熱電偶陣列，得到微型熱電能量采集器。本發(fā)明的熱電能量采集器與傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的采集器相比，其垂直的雙凸臺(tái)結(jié)構(gòu)使熱電偶臂與導(dǎo)熱板之間具有較大的接觸面積，可以降低接觸熱阻和接觸電阻，提高器件的溫差利用率和發(fā)電功率，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度；同