CN107078202B - 一种集成热电发电机 - Google Patents

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Abstract

在3D集成热电发电机(iTEG)的基板晶片上的集成Z‑器件结构的晶方可以三维异质集成模式、在没有或具有中介层晶片晶方的情况下进行堆叠，从而在它们之间进行相干热耦合。与谷底金属接头触点几何投影对应的穿过集成Z‑器件结构晶方的基板的半导体晶体厚度的穿通硅通孔(TSV)洞，以及与耦合Z‑器件结构的山顶金属接头触点几何投影对应的穿过中介层晶方的半导体晶体厚度的穿通硅通孔(TSV)洞具有铜或其它良好的热导体填充物，形成穿过堆叠的Z‑器件结构的低热阻热传导路径。热电生成的电流从在平面外热通量构造中操作的多层iTEG中的每个集成Z‑器件进行收集。

Description

一种集成热电发电机
技术领域
本公开总体上涉及固态热电器件，具体地涉及适于利用平面处理技术和异质或混合3D 集成的相关技术制造的热电发电机(TEG)。
背景技术
热电发电机(TEG)除了由环保材料制成以外，还作为具有优异的坚固性、可靠性和几乎无限的服务寿命的低焓废热利用器件而被认真地研究。
随着越来越流行的电子器件的功耗不断地被最小化，TEG开始被认为是结合或者甚至代替电池或诸如超级电容器的其它能量存储器件的补充电源。
有越来越多数量的出版物涉及薄膜技术TEG，其利用在微电子和微机电系统(MEMS) 中开发的良好建立的处理技术，诸如平面处理、微加工植入和后植入处理、倒装芯片 (flip-chip)和键合技术等等。
由佛罗里达大学的Israel Boniche于2010年的博士论文“Silicon-Micromachined Thermoelectric Generators for Power Generation from hot gasstreams”以及由巴塞罗那自治大学的Diana Davila Pineda于2011年的博士论文“Monolithic integration of VLS silicon nanowires into planar thermoelectricgenerators”提供了用于固态热泵和发电机的热电器件领域中最先进实践的广泛介绍性综述。
该综述还包括用硅相容的微米和纳米技术制造的两个TEG族：在第一族的器件中，热流是平行的，而在另一族中，热流垂直于基板。这些集成TEG的体系架构通常包括具有n-p掺杂管脚(leg)的多个单位单元，其以单位单元被热并联且电串联的方式进行布置。
通常，其中热流平行于基板的集成TEG器件可以具有沉积在非常高的热阻材料或膜上、悬浮在基板上方几百微米的热电活性材料的导电管脚，或者活性材料本身的管脚是不需要支撑物的[无膜]。
1.其它相关例子在以下中报告：
2.Huesgen,T.；Wois,P.；Kockmann,N.Design and fabrication of MEMSthermoelectric generators with high temperature efficiency.Sens.Actuators A2008,145–146,423–429。
3.Xie,J.；Lee,C.；Feng,H.Design,fabrication and characterization ofCMOS MEMS-based thermoelectric power generators.J.Micromech.Syst.2010,19,317–324。
4.Wang,Z.；Leonov,V.；Fiorini,P.；van Hoof,C.Realization of a wearableminiaturized thermoelectric generator for human bodyapplications.Sens.Actuators A 2009,156,95–102。
5.Wang,Z.；Fiorini,P.；Leonov,V.；van Hoof,C.Characterization andoptimization of polycrystalline Si70％Ge30％for surface micromachinedthermopiles in human body applications.J.Micromech.Microeng.2009,doi:10.1088/0960-1317/19/9/094011。
6.Su,J.；Leonov,V.；Goedbloed,M.；van Andel,Y.；de Nooijer,M.C.；Elfrink,R.；Wang,Z.； Vullers,R.J.A batch process micromachined thermoelectric energyharvester:Fabrication and characterization.J.Micromech.Microeng.2010,doi:10.1088/0960-1317/20/10/104005。
7.Yang,S.M.；Lee,T.；Jeng,C.A.Development of a thermoelectric energyharvester with thermal isolation cavity by standard CMOSprocess.Sens.Actuators A 2009,153,244–250。
8.Kao,P.-H.；Shih,P.-J.；Dai,C.-L.；Liu,M.-C.Fabrication andcharacterization of CMOS-MEMS thermoelectric micro generators.Sensors 2010,10,1315–1325。
9.Wang,Z.；van Andel,Y.；Jambunathan,M.；Leonov,V.；Elfrink,R.；Vullers,J.M. Characterization of a bulk-micromachined membraneless in-planethermopile.J.Electron.Mater. 2011,40,499–503.13。
10.专利US 7,875,791B1“Method for manufacturing a thermopile on amembrane and a membrane-less thermopile,the thermopile thus obtained and athermoelectric generator comprising such thermopiles”Vladimir Leonov,PaoloFiorini,Chris Van Hoof(2011)。
11.膜上的小型化热电堆也由A.Jacquot,W.L Liu,G.Chen,,J.P Flrial,A.Dauscher,B. Lenoir在“Fabrication and Modeling of an in-plane thermoelectricmicro-generator”,Proceedings ICT'02.21st International Conference onThermoelectrics，第561-564页，(2002)中描述。
平行热流TEG结构的其它例子依赖于在低热导率的平面基板上生长或限定具有几十纳米的平均直径的平行和极细长导体(纳米线)的群体并且最终堆叠瓦片模块以形成热沿与平行纳米线相同方向流过的热电活性隔膜的能力。文章：“A.I.Hobabaum，R.K.Chen，R.D. Delgado，W.J.Liang，E.C.Garnett，M.Najarian，A.Majumdar和P.D.Yang，Nature451， 163-U5(2008)”和“A.I.Boukai，Y.Bunimovich，J.Tahir-Kheli，J.-K.Yu，W.A.Goddard Iii 和J.R.Hath，Nature 451，168-171(2008)”；WO2009/125317；EP1,083,610；WO2011/07241； WO2011/073142；提供了对按照这种方法进行实践的综述。
US 7,875,791B1(由Leonov等人)公开了可以由膜层支撑或可以是自支撑的热电堆。虽然这些器件明显地容易制造，但是热量被迫在复杂结构中移动，具有显著热损失。此外，在一些情况下，需要粘合剂以便确保与初始基板的顶部或底部表面处的热源的热接触。这导致损害热电堆性能的差的系统级热耦合、有损耗的热路径以及机械脆性。
第二族TEG器件通常被称为“平面外”热通量TEG。它们的特征在于热垂直于基板流动的事实。在这些器件中，热电活性材料通常铺设在基板上站立的高纵横比支撑结构上或者是基板上站立的高纵横比支撑结构的一部分。虽然这种构造是更复杂并且显然昂贵的制造工艺，但是这种构造使热损失最小化、简化了系统级的热耦合，从而增强了整体性能。
“平面外”热通量TEG利用常规的CMOS/BiCMOS/MEM材料和工艺制造，其适于微电子和光电子器件中的小型化和集成，以及其它应用。
例子由M.Strasser等人在“Miniaturized Thermoelectric Generators Basedon Poly-Si and Poly-SiGe Surface Micromachining”(在2001年6月10-14日，德国慕尼黑的第11届固态传感器和致动器国际会议中给出)和“Micromachined CMOSThermoelectric Generators as On-Chip Power Supply”(在2003年6月8-12日，美国波士顿的第12届固态传感器和致动器以及微系统国际会议中给出)中报告。
平面外或正交热通量薄膜结构对于无数应用都是有用的，例如用于微发电或用于复杂集成系统中的温度管理、用于能量回收或收获。
基于公共半导体或与IC制造工艺相兼容的任何材料，来自给定热流的电功率产出以及相对于现有技术的平面外或正交热通量器件的覆盖面积的电功率产出仍然很差，并且需要更高效和功率密集的器件。
发明内容
利用如所附权利要求中定义的新颖平面外(即正交)热通量、Z-器件结构实现了集成 TEG的每单位覆盖面积显著增加的功率产出和增强的转换效率，所述权利要求的内容旨在作为本描述的整体部分并且通过明确引用被结合于此。
在随后的描述中，将参考Z-器件结构的单元，其包括：基板晶片、连接多晶半导体片段的限定薄膜线的交替p-掺杂和n-掺杂片段的并置端的山顶接头金属触点和谷底接头金属触点，所述片段在具有比所述多晶半导体的热导率低的热导率的材料的山丘的倾斜相对侧翼上延伸，所述较低热导率的材料形成谷和所述山丘。
在本公开的TEG体系架构中，通常通过介电填充物(沉积在顺序交替的p-型和n-型沉积半导体薄膜的限定束(tract)或片段上以及在谷底接头处的p-型和n-型半导体的限定片段的并置端之间、在梯形横截面的间隔山丘(在山丘的相对倾斜侧翼上放置典型的Z-器件轮廓的单位单元的限定半导体薄膜管脚)之间提供电连续性的金属桥上的谷中的(例如氧化硅))发生的热传导的内部旁路热传递通过实现接头金属触点并且使谷空间保持为空的并不再用介电氧化物填充并且不再承担p-型和n-型管脚的并置端的电连接的高轮廓的金属桥而被显著减少。优选地，在包装成品器件时，内部空隙空间被抽空。
根据基本实施例，形成分别与内部Z-器件结构的每个导电线的谷底接头金属触点和山顶接头金属触点几何投影对应的、穿过第一基板硅晶片和z-器件结构顶部上的至少第二硅晶片的半导体晶体的厚度的穿通硅通孔(through silicon vias，TSV)洞的间隔平行线阵列。仅与覆盖晶片中的山顶接头金属触点几何投影对应的通孔洞以及与基板晶片中的谷底接头金属触点几何投影对应的通孔用铜或其它良好的热导体填充。
根据另一种实施例，在硅晶片基板上的集成Z-器件结构的晶方(dice)与和其热耦合的晶片的中介层晶方以三维异质集成堆叠。与谷底金属接头触点几何投影对应的穿过集成Z- 器件结构的晶方的基板的半导体晶体厚度的穿通硅通孔(TSV)洞，以及与耦合Z-器件结构的山顶金属接头触点几何投影对应的穿过中介层晶方的半导体晶体厚度的穿通硅通孔 (TSV)具有铜或其它良好的热导体填充物，从而形成穿过堆叠Z-器件结构的低热阻热传导路径。
附图说明
图1是根据第一实施例的本公开的集成TEG的几个基本Z-器件微单元的横截面图。
图2是根据另一种实施例的本公开的集成TEG的几个基本Z-器件微单元的横截面图。
图3是根据双瓣(bivalve)倒装芯片键合器件实施例的本公开的集成TEG的几个基本 Z-器件微单元的横截面图。
图4是根据通过多芯片堆叠器件实施例的倒装芯片键合进行的异质三维集成的本公开的集成TEG的几个基本Z-器件微单元的横截面图。
具体实施方式
参考图1，可以使用任何尺寸并且具有通常不超过675微米(μm)厚度的市售硅晶片。
通常可以包括在1纳米(nm)和1微米(μm)之间(优选地为大约10nm)的基本上均匀厚度的介电基层2在基板晶片1的表面处提供必要的底部电绝缘，而不引入显著的热阻。
根据良好建立的微加工处理技术，该结构包括相对低热导率材料(诸如厚氧化物)的间隔山丘3的平行线或其它布置，其热生长或沉积在首先生长的基层2的未掩蔽区域之上，直到通常可以包括在0.1和50μm之间的高度。山丘3的典型倾斜侧翼限定其间的谷，其基本平坦的底部通常可具有包括在0.1和100μm之间，最优选地在0.2和50μm之间的宽度，类似于山丘3的顶部的宽度。
可替代地，山丘3可以在受控的各向同性蚀刻条件下，通过一系列掩蔽和蚀刻步骤，从沉积的氧化物或其它材料(诸如氮化硅)的层开始限定，以便使逐渐蚀刻的谷的壁朝基本平坦的底部倾斜了与基平面的倾斜角，该倾斜角优选地包括在45和85度之间。
利用不同量的磷和/或氢杂质以及促进结构紊乱的特定处理和后处理条件进行沉积的氧化硅(参考：Y.S.Ju和K.E.Goodson，“Process-dependent thermal transportproperties of silicon-dioxide films deposited using low-pressure chemicalvapor deposition”，AIP Journal of Applied Physics，第85卷，第10期，第7130-7134页)也是有效的材料，利用该材料可以在基板晶片1的氧化表面上形成具有增强的耐热传导的山丘3。利用其可以在基板晶片1的氧化表面上形成具有两个适当倾斜相对侧的增强耐热传导山丘3的还有的另一种替代材料是声子硅的纳米网结构的族(参考：由Jen-Kan Yu，S.Mitrovic，D.Tham，J.Varghese和J.R. Heath的“Reduction of thermal conductivityin phononic nanomesh structures”，Nature Nanotechnology，第5卷，2010年10月，2010 Macmillan Publishers Lim.)。
利用其可以制成山丘3的材料应该具有高热阻，以便进一步损害热流的旁路路径，该路径是沿着多晶掺杂半导体薄膜片段或管脚4和5的生产性热传导的路径的替代，其中多晶掺杂半导体薄膜片段或管脚4和5被限定在截顶四棱锥形山丘3或具有沿着一个轴线的梯形横截面以及与其正交的直侧面或侧翼的山丘的相对倾斜表面上。
具有比热电活性多晶半导体的热导率低的热导率的合适材料及其相应的导热系数的例子在以下表中报告。
以基本上均匀厚度的薄膜形式沉积在底部隔离电介质2和间隔山丘3之上的、多晶半导体材料(诸如掺杂的Si或SiGe)的分别为4和5的交替p-掺杂和n-掺杂的限定束或片段的平行线构成热电材料的两个管脚，其将谷底处的接头电连接到两个相邻山顶接头(即，Z-器件结构的单元或基本单元)。片段4和5的沉积掺杂多晶硅层可以具有通常包括在10和1000nm之间的厚度，但是甚至可以厚至一个或多个微米，这取决于预期的应用、基本单元结构的尺度、所使用的多晶半导体材料的属性以及集成TEG的设计选择。
物理上，分别在谷底和山顶或反之亦然的冷和热接头都由金属触点(分别为6和7)构成，其电桥接多晶薄膜半导体的p-掺杂片段或管脚5的限定端和n-掺杂热电片段或管脚4的限定端之间的中断间隙，因此避免了沿着基本集成模块的串或系列导电线(链)单元中的单元形成p-n结。
在多晶半导体的两个片段4和5的端部上延伸并与其电接触的接头金属触点6和7的沉积金属层，对于其置于基本平坦的谷底和山顶上的部分中的大部分，可以具有在大约0.1至大约5μm范围的厚度。
附图的横截面图很好地表示了基本单元的热电材料的导电管脚4和5的特征Z轮廓。
优选地，在金属与多晶半导体薄膜之间存在多层界面，其用于控制金属和半导体材料之间的电界面电阻并且最终导致不成比例的导电率与热导率，以便减少朝金属触点，即，谷底触点6和山顶触点7的金属本体的热传导。有效界面多层可以包括与多晶掺杂半导体接触的属于以下组的硅化物的1-50nm的膜：TiSi2、WSi2、MoSi2、PtSi2和CoSi2，中间的W或Ti 的1-10nm的膜以及与Al或Al-Si合金或铜的金属层接触的TiN的5-30nm的膜。
间隔山丘3的平行线或其它布置之间的空隙谷空间在顶部处由第二晶片8封闭，第二晶片8提供有在晶片的表面上形成的薄介电层9，以使其不导电，并且然后在其之上是限定的金属焊盘10，其适于根据许多倒装芯片键合技术中的一种与相应的山顶金属触点键合，优选地在CMP平面化之后使用具有或没有扩散层的热压缩金属与金属键合的对准键合技术： Cu-Cu、W-W、Ti-Ti等，或者经由等离子体键合(Y-Ox/Y-Ox)、PECVD SiO2-SiO2、苯并环丁烯(BCB)与BCB键合。可以替代地使用诸如BCB和各种聚合物或聚酰亚胺的混合键合技术、诸如Ti膜和金属间化合物(IMC)的金属层、Cu-Sn固-液相互扩散(SLID)键合、 Au-Sn或Au-In共晶键合以及阳极键合或微凸块堆叠。
优选地，在器件制造完成之后，晶片1和8都可以经受旨在减小商业晶片厚度的背面减薄工艺，包括机械或化学处理，诸如机械研磨、干抛光、化学-机械研磨、旋转蚀刻化学机械抛光和等离子体干蚀刻。目的是将原始厚度减小到小于100μm或者小于40μm的超薄值。晶片的变薄减小了集成平面外TEG结构的总体热阻，并使其适合在下一代3D集成电路中部署。
集成Z-器件结构的以上特征实际上可以作为在相同申请人的先前意大利专利申请No. MI2014-A-001637中描述的那些特征，并且以上指出的先前专利申请的任何相关内容旨在通过明确引用被结合于此。
根据本公开，形成分别与Z-器件结构的每个导电线的山顶接头金属触点7和谷底接头金属触点6几何投影对应的穿过基板硅晶片1和覆盖晶片8的半导体晶体的穿通硅通孔(TSV)洞11和12的间隔平行线阵列，并且仅与覆盖晶片中的山顶接头金属触点几何投影对应的通孔洞以及与基板晶片中的谷底接头金属触点几何投影对应的通孔用铜13或其它良好的热导体填充。其它通孔留空。
因此，对于每条平行线，穿过覆盖晶片8的上通孔阵列11和基板晶片1的下通孔阵列 12的铜填充通孔不彼此对准而是偏移，并且类似地空通孔也偏移。
到达山顶接头金属触点7(键合到金属焊盘10)和谷底接头金属触点6附近的偏移铜柱 13与掺杂多晶半导体的热电活性薄膜线片段4和5一起产生具有比穿过覆盖物8和基板1 的硅晶体以及具有相对较高热阻的材料的山丘3的相应替代传导路径低得多的热阻的热传导路径。空通孔通过局部减去晶体硅的传导截面和扭曲热流流线来进一步增加这些传导路径的热阻。
在附图中，在金属柱13内和外的内部以及掺杂薄膜片段4和5的内部绘出的多个箭头符号指示有效地包括集成TEG的多单元串的单元的热电活性管脚的有利热传导路径(假设热源在顶部之上并且散热器在TEG器件之下)。对应的电流路径由在掺杂薄膜片段4和5旁边绘出的箭头i指示。
在图2的横截面图中示出了在限定双瓣集成TEG器件中的集成Z-器件结构的内部空空间的下和上硅晶方中的热传导路径调节通孔的另一种实施例，双瓣集成TEG器件是通过倒装芯片键合技术将在其上分别实现相应薄膜线的交替p-掺杂和n-掺杂片段的镜状几何形状和反转导电类型的集成Z-器件结构的两个硅晶片键合在一起创建的。
该替代实施例的集成Z-器件结构的特征实际上可以类似于相同申请人的先前意大利专利申请No.MI2014-A-001712中关于其图1描述的双瓣结构的特征，并且以上指出的先前专利申请的任何相关内容通过明确引用被结合于此。
根据该实施例，两个镜状Z-器件结构的山顶金属触点7和7'的平坦表面在基板1和1' 的不同硅晶片上(或在许多切割硅晶方中的两个可以从中最终被键合在一起的相同基板上) 实现，其根据许多倒装芯片键合技术中的一种以电接触的方式进行键合，优选地在CMP平面化之后使用具有或没有扩散层的热压缩金属与金属键合的对准键合技术：Cu-Cu、W-W、 Ti-Ti等，或者经由等离子体键合(Y-Ox/Y-Ox)、PECVD SiO2-SiO2、苯并环丁烯(BCB)与BCB键合。可以替代地使用诸如BCB和各种聚合物或聚酰亚胺的混合键合技术、诸如 Ti膜和金属间化合物(IMC)的金属层、Cu-Sn固-液相互扩散(SLID)键合、Au-Sn或Au-In 共晶键合以及阳极键合或微凸块堆叠。
也可以使用在美国专利No.5,374,564中描述的所谓智能切割处理或层转移技术Soitec 的Smart StackingTM。
对准键合可以在从中TEG器件晶方被连续地切割以进行封装的整个经处理的晶片上执行，或者可替代地在其切割晶方上执行。通常，取决于具体应用，用于实现本公开的TEG器件的对准键合可以芯片与芯片、芯片与晶片、晶片与晶片模式或根据基板上晶片上芯片(chip-on-wafer-on-substrate)或基板上芯片上芯片(chip-on-chip-on-substrate)的方法来执行。
在实践中，如从附图的横截面图可以观察到，其绘出了整个基本单元的横截面，并且通过重复单元结构的相邻的半个部分，双瓣体系架构产生由谷底和山顶接头金属触点6(6') 和7(7')连接的半导体材料的交替p-掺杂和n-掺杂的限定束或片段4(4')和5(5')的间隔平行“双”线(即，上和下线)，其与具有梯形横截面的氧化物或其它电介质的间隔山丘3(3')的线正交。
间隔开的平行“双”线(即，上和下线)由半导体材料的交替p掺杂和n掺杂，4(4')和5(5')的限定的束或段，通过谷底和山顶连接金属触点6(6')和7(7')，与具有梯形横截面的氧化物或其它电介质的间隔的丘状部3(3')的线正交。
优选地，在封装成品TEG器件时，在该示例性实施例中具有加倍体积和高度的两个Z- 器件结构的间隔山丘3(3')之间空的谷空间V被抽空，以基本上消除通过其的热对流贡献，以沿着旁路路径而不是沿着Z-器件结构的半导体薄膜间隔平行导电线的热电有用热流路径从热接头金属触点到冷接头金属触点进行热传递。
到达上部Z-器件结构的谷底接头金属触点6'附近的偏移铜柱13'和到达下部Z-器件结构的谷底接头金属触点6附近的偏移铜柱13与掺杂多晶半导体的热电活性薄膜线片段5'-4、 4'-5、5'-4、4'-5一起产生具有比穿过山丘3和3'的替代传导路径低得多的热阻的热传导路径。中空通孔12'和11通过局部减去晶体硅的传导截面和扭曲热流流线(基本上使它们更长)来进一步增加这些替代传导路径的热阻。
与图1的实施例不同，图2的工作双瓣热电发电机的热接头和冷接头分别与在硅基板1 上形成的Z-器件结构的谷底接头金属触点6以及在硅基板1'上形成的Z-器件结构的谷底接头金属触点6'重合。
以电接触键合在一起、在硅基板1上形成的Z-器件结构的山顶接头金属触点7和在硅基板1'上形成的Z-器件结构的山顶接头金属触点7'构成可以或不能从外部接近的内部电节点。
图3示出类似于图2的实施例的双瓣集成TEG器件的另一种替代实施例。不是将两个晶方1和1'的Z-器件结构的顶部金属触点7和7'直接倒装芯片键合在一起，而是在两个晶方 1和1'之间的虚设电介质中介层(或隔膜)，例如具有氧化表面层2和限定在氧化表面层2i 上的键合金属焊盘10和10'并且具有铜填充通孔(TSV)洞13i的薄化硅晶片I。在利用倒装芯片键合技术键合三个晶方时，山顶金属触点7和7'以与虚设中介层I的键合金属焊盘10和10'电接触和热接触的方式进行永久地键合。
根据还有的另一种实施例，在硅晶片基板上的集成Z-器件结构的晶方以异质3D集成模式进行堆叠，如图4中所绘出的。
几何形状上相同的Z-器件结构可以在类似的薄化或非薄化硅晶片基板1，1'上和在中介层晶片I1和I2上制造。四个Z-器件结构与虚设中介层I3在倒置覆盖晶片1'(如在图3的实施例中)下面进行堆叠，以形成四层3D集成TEG器件。当然，3D集成器件的层数可以取决于系统设计考虑和应用而不同。可以采用上述任何键合技术将中介层晶片I1和I2的金属焊盘10键合到下层Z-器件结构的对应山顶金属触点7和将虚设中介层晶片I3的键合金属焊盘10和10'分别键合到中介层晶片I2的下层Z-器件结构的山顶接头金属触点7和倒置覆盖晶片1'的上层Z-器件结构的山顶接头金属触点7'。
最下面的硅晶片1和最上面的覆盖硅晶片1'的铜填充的TSV 13和13'与掺杂多晶半导体的热电活性薄膜线片段4-5、5-4和4-5'、5-4'一起完成向下穿过Z-器件结构的多层堆叠、具有比穿过硅晶片和热阻材料的山丘3和3'的相应替代传导路径低得多的热阻的热传导路径的定义。

Claims (15)

1.一种在Z-器件结构的基板晶片(1)上的平面外热通量构造的集成热电发电机，其具有连接多晶半导体的限定薄膜线的交替p-掺杂和n-掺杂的片段(4，5)的并置端的山顶接头金属触点(7)和谷底接头金属触点(6)，所述Z-器件结构的片段(4，5)具有Z形轮廓的特征，在具有比所述多晶半导体的热导率低的热导率的材料的山丘(3)的倾斜相对侧翼上延伸，用于将在与平面发电机正交的方向上流动的热的一部分转化为电，其特征在于，
绝热材料的所述山丘中的所有谷都是由覆盖晶片(8，1')限定的空隙空间(V)，所述覆盖晶片(8，1')至少在其耦合表面上具有介电膜(9，2')和其上限定的键合金属焊盘(10)或基板晶片(1)的Z-器件结构的镜状结构几何形状的Z-器件结构，其适于根据倒装芯片对准键合技术与所述基板晶片(1)的所述Z-器件结构的山顶金属触点(7)键合；
所述基板晶片(1)和所述覆盖晶片(8，1')具有与所述金属触点(6，6'，7，7')或键合金属焊盘(10)几何投影对应的穿过晶片的半导体晶体的厚度的规则间隔通孔洞(11，12)阵列；
在与所述谷底金属触点(6)几何投影对应的基板晶片的通孔洞(11)中和在与键合金属焊盘(10)或谷底金属触点(6')几何投影对应的覆盖晶片(8，1')的通孔洞(12)中的导热金属填充物(13)。
2.如权利要求1所述的集成热电发电机，其中所述覆盖晶片(1')具有与基板晶片(1)相同的镜状结构几何形状，当将两个晶片倒装芯片对准键合在一起时，山顶触点(7')适于与基板晶片的相应山顶金属触点(7)电连接。
3.如权利要求2所述的集成热电发电机，其特征在于，其还包括虚设中介层晶片(I)，其具有在两个表面之上的介电膜(2i)和在介电膜(2i)上限定的与金属填充的通孔洞(13)对应的键合金属焊盘(10)，由此，在键合时，相应山顶金属触点(7，7')与中介层的相应键合金属焊盘(10)永久地键合。
4.如权利要求3所述的集成热电发电机，还包括一个或多个中介层晶片(I1，I2)，其具有介电膜(2i)和在其上限定的与在一个表面上的金属填充通孔洞对应的键合金属焊盘(10)，以及在另一个表面上限定的基板晶片(1)的Z-器件结构的相同镜状结构几何形状的Z-器件结构，它们在所述虚设中介层晶片(I)和倒置顶部覆盖晶片(1')之前堆叠在所述基板晶片上，使得所有堆叠晶片(1，I1，I2，I3，1')的山顶触点(7，7')与和金属填充通孔洞(13)对应的相应键合金属焊盘(10)键合。
5.如前述权利要求中任一项所述的集成热电发电机，其中耦合晶方之间的侧间隙被封闭以便永久密封所述空隙空间(V)。
6.如权利要求5所述的集成热电发电机，其中所述空隙空间(V)处于真空下。
7.如权利要求1所述的集成热电发电机，其中所述晶片是薄化或超薄化硅晶体晶片。
8.如权利要求1所述的热电发电机，其中所述基板晶片(1)和所述覆盖晶片(8，1')使用属于以下组的技术对准键合：热压缩金属与金属键合、等离子体键合、苯并环丁烯键合、聚酰亚胺键合、金属间化合物键合、固液相互扩散(SLID)键合、共晶键合、铜与氧化物键合、金属与金属氧化物键合、阳极键合或微凸块堆叠。
9.如权利要求1所述的热电发电机，其中所述基板硅晶片(1)和所述覆盖晶片(8，1')是通过智能切割处理或利用Soitec的Smart StackingTM层转移技术键合在一起的微加工晶片。
10.如权利要求8或9所述的热电发电机，其中对准键合以芯片与芯片、芯片与晶片或晶片与晶片模式或以基板上晶片上芯片或基板上芯片上芯片模式执行。
11.如权利要求1所述的热电发电机，其中所述金属触点(6，6'，7，7')含有铝、铜、银或其合金。
12.如权利要求1所述的热电发电机，其中所述山丘(3)含有属于由氧化硅、氮化硅、增强的耐热传导的沉积氧化物、声子材料的纳米网结构和纳米级薄膜硅的超晶格组成的组的材料。
13.如权利要求1所述的热电发电机，其中所述山丘(3)沿与多晶半导体的片段(4，5)的所述限定薄膜线正交的平行线规则地间隔开，并且具有截顶四棱锥形状或沿着一个轴线的梯形横截面和与其正交的直侧面或侧翼。
14.如权利要求10所述的热电发电机，其中重叠金属接触臂与所述多晶半导体薄膜的电接触经由界面多层发生，所述界面多层包括属于由TiSi2、WSi2、MoSi2、PtSi2和CoSi2组成的组的硅化物膜。
15.如权利要求8所述的热电发电机，其中重叠金属接触臂与所述多晶半导体薄膜的电接触经由界面多层发生，所述界面多层包括属于由W、Ti、Ta组成的组的难熔金属的中间膜和与金属接触的氮化钛膜。
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