[发明专利]热电器件及热电装置

说明书

本申请提供一种热电器件及热电装置，涉及半导体技术领域；该热电器件具有低热损、高输出功率的优势；该热电器件包括热端基板、冷端基板、热电单元、支撑件；热电单元包括：串联的至少一个第一热电臂和至少一个第二热电臂；每一热电臂的两端与不同的端部导电连接件，串联的两个热电臂之间通过同一端部导电连接件连接；相邻两个热电臂的类型不同；第一热电臂包括主要由P型半导体热电材料形成的纳米线簇，第二热电臂包括主要由N型半导体热电材料形成的纳米线簇；与热电臂的两端连接的两个端部导电连接件连接不同的基板；纳米线簇与热端基板和冷端基板平行设置、且均不直接接触；支撑件位于热电单元的四周，且支撑件与热端基板和冷端基板均连接。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种热电器件及热电装置。

背景技术

热电材料是一种能将热能和电能相互直接转换的功能材料，以半导体材料为主，采用热电材料制作的热电器件具有小巧轻便、使用寿命长等优点。其中，相比于传统的热电材料，超晶格结构、碳纳米管、硅纳米线以及量子点超晶格等低维纳米材料通过尺寸效应、增大晶格散射，能够减小材料的热导率，提高系统的热电转换效率和发电能力，成为近年来热电转换方式的研究热点。

现有技术中提供一种平面型热电器件采用在衬底上设置低维单层结构(一般通过平面刻蚀工艺)的热电材料来实现热电转换，一方面，采用单层结构的热电材料，其空间设置密度低，导致热电器件的输出功率受限；另一方面，热电材料直接附着在衬底上，衬底会分散流经热电材料的热量，造成热流损失(即热损)，导致热电器件的热电转换效率低。

发明内容

本申请提供一种热电器件及热电装置，该热电器件具有低热损、高热电转换率的优势。

本申请提供一种热电器件，包括相对设置的热端基板和冷端基板；所述热电器件还包括：设置在所述热端基板和所述冷端基板之间的热电单元和支撑件；所述热电单元包括：串联的至少一个第一热电臂和至少一个第二热电臂；其中，所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端分别与不同的端部导电连接件，并且串联的两个热电臂的端部之间通过同一端部导电连接件连接；另外，在该热电单元中，串联的任意相邻两个热电臂中，一个为所述第一热电臂，另一个为所述第二热电臂；也即相连两个热电臂的类型不行；其中，所述第一热电臂包括主要由P型半导体热电材料形成的第一纳米线簇，也即第一热电臂的多数载流子为空穴；所述第二热电臂包括主要由N型半导体热电材料形成的第二纳米线簇，也即第二热电臂的多数载流子为电子。另外，为了保证热电单元中的第一热电臂和第二热电臂能够在冷源和热源的温度差异驱动半导体热电材料中的载流子进行定向迁移从而产生电流，与所述第一热电臂、所述第二热电臂的两端连接的两个所述端部导电连接件中，一个与所述热端基板连接，另一个与所述冷端基板连接。同时，为了热端基板、冷端基板分散流经纳米线簇的热流，在该热电器件中设置所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板均不直接接触；且所述第一纳米线簇、所述第二纳米线簇与所述热端基板和所述冷端基板平行设置(也即该热电器件为平面型热电器件)；所述支撑件位于所述热电单元的四周，且所述支撑件与所述热端基板和所述冷端基板均连接，通过该支撑件实现热端基板和冷端基板之间的有效强度支撑，使得整个热电器件具备一定的机械强度，从而保证了纳米线簇在脱离基板的情况下，不因外力而发生损坏。

综上所述，本申请实施例提供的热电器件，一方面，通过设置热电臂中的纳米线簇(第一纳米线簇、第二纳米线簇)与热端基板、冷端基板平行且不直接接触，也即纳米线簇悬空设置；从而避免了热端基板和冷端基板分散流经纳米线簇的热流，进而也就降低了热损，提高了热电器件的热电转换效率以及输出功率。另一方面，通过在热电单元的四周，设置与热端基板和冷端基板均连接的支撑件，在热端基板和冷端基板之间实现有效的强度支撑，使得整个热电器件具备一定的机械强度，保证了纳米线簇在脱离基板的情况下，不因外力而发生损坏。

在一些可能实现的方式中，所述支撑件为密封环状结构；所述支撑件采用导热系数小于或等于1W/mK的材料形成；以保证热电单元处于相对封闭的空间内，隔绝纳米线簇与外部空气的对流，进一步降低纳米线簇的热损。