[发明专利]新型微型热电发生器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电发生器及其制造方法，尤其是一种新型微型热电发生器及其制造方法，属于热电发生器的技术领域。

背景技术

由于微电子器件日益增长的微型化趋势，电源的小型化也成为一种必然。用于微电子器件的传统电源多为电池或太阳能电池。然而，随着使用时间的延长，电池需要周期性更换，而太阳能电池由于太阳或者其它光源的限制，也只能提供短暂的电源。热电发生器作为一种自给自足的能源，它根据Seebeck效应能将热能直接转换为电能，在适合的温度下能保持实际上的无限的有效寿命，这使其作为一种能源领域的高新技术成为国际研究的热点之一。

Seebeck效应是德国物理学家Seebeck发现的一种热电现象。当在金属导体或者半导体材料上加上温度差ΔT时，会伴随产生电压ΔU。并且开路电压线性地正比于温差：

αs=ΔUΔT]]>

其中，α_s称作Seebeck系数，也可称为热电功率。如果热电偶的两种构成材料的Seebeck系数分别为α_a和α_b，则热电偶的Seebeck系数定义为：

α_ab＝α_a+α_b

当n对热电偶串联时，总的开路输出电压可表示为ΔU_n：

ΔU_n＝n·(α_ab·ΔT)

根据Seebeck效应而制作的热电发生器，其效率可由热电品质因数Z来表征：

Z=αs2·σκ]]>

其中，σ是电导率，κ是热导率，品质因数Z表示可用在热电发生器中的热电材料的热和电属性。

由品质因数Z可以看出，提高热电发生器效率的关键之一是研制具有高Seebeck系数，低电阻率，低热导率的热电材料，另一方面，由于一般热电发生器的应用环境温差较小，这就必须将大量的热电偶串联起来，以便产生足够高的热电电压。因此，改进热电发生器的另一关键在于热电偶的集成密度的提高。就热电材料而言，碲化铋基热电材料是目前室温附近应用最好的热电材料，也是目前工业化成熟的热电半导体行业的原料；而且可以把体材料碲化铋热电偶的结构做到足够小的尺寸以提高集成密度。尽管如此，热电材料的性能受材料制备方法的影响极大，因此对于传统的方法，从材料的处理和制造碲化铋热电偶方面的极端困难转换为了极高的成本，从而导致最终产品的高成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种新型微型热电发生器及其制造方法，其结构紧凑，使用成本低，制造工艺简单方便，发电效率高，适应性好，节能环保，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述新型微型热电发生器，在所述热电发生器的截面上，包括基板；所述基板内设有若干贯通基板的隔热腔；基板一侧表面上设置支撑层，所述支撑层上设有若干交替分布的N型热电材料区及P型热电材料区；支撑层上相邻交替分布的N型热电材料区与P型热电材料区通过导电层连接成等电位，并在支撑层上串接形成热电材料体，所述热电材料体的两端均设置电连接的键合电极；热电材料体上淀积有电绝缘层，所述电绝缘层覆盖热电材料体上；电绝缘层上淀积导热层，所述导热层的两侧设有隔热部；导热层上设有第一封装体，基板对应设置支撑层的另一侧设有第二封装体。

所述支撑层包括生长于基板上的氧化硅层及淀积于所述氧化硅层上的氮化硅层。

所述基板的材料包括硅。所述N型热电材料区及P型热电材料区通过导电多晶硅掺杂形成或由碲化铋热电材料制成。所述第一封装体与第二封装体均由陶瓷材料制成。

一种新型微型热电发生器的制造方法，所述热电发生器的制造方法包括如下步骤：