[发明专利]一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统

权利要求书

1.一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的热电转换系统主要由热电转换模块以及电压转换及储存模块组成，所述的热电转换模块主要由多个热电组件组成，多个热电组件串联连接；每个热电组件主要由热电层和隔离层沿垂直方向上交替层叠构成，相邻两层热电层之间均设置一层隔离层，且在热电层外设置一层隔离层，使得热电组件顶层和底层均为隔离层；每层隔离层均主要由导热绝缘材料制成，导热绝缘材料的端部替换为导电材料，并且上下相邻两层隔离层中的导电材料布置端部相反，每个热电层均采用四层封闭式石墨烯，上下相邻两层热电层形成一个P-N热电对；相邻两侧热电层之间通过两者之间的隔离层的导电材料导通，顶层隔离层中的导电材料和底层隔离层中的导电材料引出P-N热电对两脚之间由于塞贝克效应产生电压差，作为热电组件的电压输出。

2.根据权利要求1所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的热电组件中，上下相邻两层热电层中，一个为P型四层封闭式石墨烯，另一个为N型四层封闭式石墨烯；并且热电层的层数为双数，即每两个热电层形成一个P-N热电对，使得热电组件可具有多对P-N热电对。

3.根据权利要求2所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的P型四层封闭式石墨烯和N型四层封闭式石墨烯之间由导热绝缘材料SiO₂隔离，在一端端部通过金属铜进行导电连接，形成封闭式结构。

4.根据权利要求2所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的电压转换及储存模块包括一个改进LC振荡器、二阶交叉耦合升压器和充电电容，热电转换模块的输出电压分别连接到改进LC振荡器和二阶交叉耦合升压器，改进LC振荡器和二阶交叉耦合升压器相互连接，由改进LC振荡器产生控制信号控制二阶交叉耦合升压器对热电转换模块的输出电压进行升压处理，二阶交叉耦合升压器经充电电容连接负载。

5.根据权利要求4所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的电压转换及储存模块中，热电转换模块的输出电压一部分供给改进LC振荡器，热电转换模块的输出电压一部分供给二阶交叉耦合升压器，改进LC振荡器产生时钟信号发送到二阶交叉耦合升压器，时钟信号控制二阶交叉耦合升压器工作将热电转换模块的输出电压进行升压，获得足够驱动三维集成封装中的芯片电路的电压，对充电电容C_L进行充电或者直接驱动负载。

6.根据权利要求4所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的LC振荡器包括四个MOS管和四个片上电感构成，MOS管M1和片上电感L1串联组成一个单元，MOS管M2和片上电感L2串联组成一个单元，MOS管M3和片上电感L3串联组成一个单元，MOS管M4和片上电感L4串联组成一个单元，四个单元并联；每个MOS管的漏极与片上电感的一端连接，片上电感的另一端连接热电转换模块的输出电压，每个MOS管的源极连接在一区；MOS管M1的栅极分别MOS管M4的栅极和MOS管M2的漏极连接，MOS管M2的栅极分别MOS管M3的栅极和MOS管M1的漏极连接，MOS管M3的漏极和MOS管M4的漏极引出各自的时钟信号clc1和clc2并分别连接到二阶交叉耦合升压器的时钟输入接口。

7.根据权利要求4所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的二阶交叉耦合升压器的输出端经充电电容CL接地。

8.根据权利要求4所述的一种三维集成中基于纳米材料的热电转换系统，其特征在于：所述的二阶交叉耦合升压器的输出端接负载电阻R_L。