CN107623067B - 一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其制备方法，自下而上由背面散热层、底部绝缘基底层、底部导电电极层、N型半导体热电层或者P型半导体热电层、层间连接结构、顶部导电电极层、顶部基底层、高导热层和正面热释放胶层组成，层间连接结构自下而上依次由层间连接结构阻碍/连接层、层间连接结构中间层、层间连接结构阻碍/连接层组成，层间连接结构是N型半导体热电层或者P型半导体热电层的连接层，根据微型垂直结构热电器件所需长度，将N型半导体热电层或者P型半导体热电层靠层间连接结构多层叠加，N型半导体热电层和P型半导体热电层之间填充绝缘绝热支撑材料。本发明具有高热电转换效率，提升整体输出性能。

Description

一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其 制备方法
技术领域：
本发明涉及微型温差电池技术领域，特别涉及一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其制备方法。
背景技术：
随着科技发展，自动化微型电子系统应用越来越广泛，微型红外传感器，微热量计，加速计，加速计，真空计，光电冷却设备等等。然而随着电子设备的小型化，微电子系统相应的能源问题越来越突出，传统的化学燃料电池，体积受限，使用寿命受限制，需定期更换，限制了其在偏远地区传感器以及深海探测等方面的应用，太阳能电池则受限于必须在阳光充足的地方使用。
现有的解决微机电系统的微型能源供能问题，一个解决方法就是微型温差发电器件(μTEG)，利用塞贝克效应直接将低品位的废热转换为电能。这种发电原理使得热电器件结构简单，无移动部件，非常适合作为微能源供能。热电器件将大量热电偶通过电串联和热并联集成在基底上，当基底两端产生温差时，就会在热电腿的两端引入塞贝克电压，器件工作时的输出电压是单个热电偶塞贝克电压的总和。在应用微米尺度温差发电器件时，单个热电腿的长度越长，产生的温差也就越大，器件总体输出电压也就越高，从而单位温度梯度内可获得较高输出功率密度。但是其制备过程较为复杂，现有的制备技术难以制备出高纵横比热电臂的微米尺度微型垂直结构热电器件。
为了在单位面积内集成足够多的热电腿，获得较大的输出功率，从而在任何有温度梯度的地方进行废热回收或者为低功率器件供能。美国喷气动力实验室Synder等人使用传统微电子制造技术，其过程相当的复杂，在单片2×2mm的范围内，集成了126 个直径60μm，高度20μm的热电腿，其热电腿的纵横比仅仅为1/3，形态为圆片型(Snyder G J,Lim J R,Huang C K,et al.Thermoelectric microdevice fabricated by a MEMS-likeelectrochemical process[J].Nature Materials,2003,2(8):528.)。韩国Hongik大学Kim等人利用倒装工艺，在5×5mm2的芯片上沉积了242对高20μm直径100μm的热电腿，集成密度很高，但是其纵横比仅仅为1/5(Min-Young K,Tae-Sung O H.Thermoelectric Thin FilmDevice of Cross-Plane Configuration Processed by Electrodeposition and Flip-Chip Bonding[J].Materials Transactions,2012,53(12):2160-2165.)。形态也是为圆片型。
目前已知的高纵横比微型热电器件均为横向结构热电器件，其热电材料以基底作为支撑材料，增加了热电器件的接触电阻以及热阻。其热损失较大，尺寸也较纵向结构热电器件大很多，该电池输出与实际尺寸在高集成密度的微电子系统供能方面并不适合。而采用微纳加工工艺制备的纵向结构微米尺度热电臂的热电器件，其热电腿集成密度高，能够利用较小的温差发电或者小电流制冷，是非常合适的选择。
但是现有的微型温差发电器件由于制备工艺的不足，想要制备出微型微米量级的热电腿，常用的溅射工艺或者沉积工艺存在限制，制备出的热电腿高度有限，纵横比往往比较低，产生的温差较小，不利于微型温差发电器件在微电子设备供能领域的广泛应用。例如现有实际制备出的热电腿微观形态多为片状，与大型块体热电器件的柱状还相差甚远，纵横比不高。电池输出性能无法提升。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于：克服现有的微型热电器件热电腿长度受限，无法提高纵横比的缺点，利用微型热电器件高集成密度的优势，实现对低品位热源能量利用，提供一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件及其制备方法，将单个片状热电腿采用层间连接结构连接起来，使得单个热电腿的长度达到原有制备工艺极限的几倍，实现微米尺度纵向结构热电器件的热电腿纵横比超过1，从而大大提高器件的整体输出性能。
本发明采用如下技术方案：一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，自下而上由背面散热层、底部绝缘基底层、底部导电电极层、N型半导体热电层或者P型半导体热电层、层间连接结构、顶部导电电极层、顶部基底层、高导热层和正面热释放胶层组成，所述层间连接结构自下而上依次由层间连接结构阻碍/连接层、层间连接结构中间层、层间连接结构阻碍/连接层组成，所述层间连接结构是N型半导体热电层或者P型半导体热电层的连接层，根据微型垂直结构热电器件所需长度，将多片N 型半导体热电层或者P型半导体热电层靠层间连接结构多层叠加，所述N型半导体热电层和P型半导体热电层之间填充有绝缘绝热支撑材料。
进一步地，所述层间连接结构中的层间连接结构阻碍/连接层使用的材料是单层金属或者多层金属叠加，包括纯银、钛、金的贵金属以及他们的多层复合，厚度范围为1-10μm。
进一步地，所述层间连接结构中间层使用材料是低熔点焊料金属及化合物，包括纯银、锡、铋、铅的低熔点金属以及他们的化合物，厚度范围为50-150μm。
进一步地，所述背面散热层是一种多孔金属材料，金属材料包括铜、铁、镍、银、钨及其合金，孔径在纳米、微米量级，厚度在微米量级，所述高导热层与背面散热层是同一种材料。
进一步地，所述正面热释放胶层的背衬和粘合剂中间添加有各向异性的粘合剂。
进一步地，所述底部绝缘基底层选择尺度在微米量级的高热导率低电导率的绝缘材料，包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、聚酰亚胺聚合物薄膜、具有二氧化硅氧化层的硅片、玻璃，所述顶部基底层选用透明材质的材料。
进一步地，所述底部导电电极层和顶部导电电极层为高导电性金属材料，包括金、银、铜、铝、镍、钴、铂、铬、锌、铁、镉、钛、镁、锰、锡以及他们的合金，或者高导电性金属材料的多层复合结构。
进一步地，所述N型半导体热电层或者P型半导体热电层为碲化铋、碲化锑二元合金以及他们的掺杂合金。
进一步地，所述绝缘绝热支撑材料为环氧树脂或者硅酸铝棉。
本发明还采用如下技术方案：一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备方法，包括如下步骤：
(1).选择绝缘材料作为基底，采用物理气相沉积法PVD、化学镀法、化学气相沉积法CVD以及磁控溅射方式沉积底部导电电极层，采用微纳加工工艺中的光刻掩膜法实现底部导电电极层的区域划分，采用干法刻蚀或者湿法刻蚀去除底部导电电极层的多余材料，通过不锈钢掩膜对底部导电电极层进行激光切割，获得所需的底部导电电极图形；
(2).通过模板法，实现P型半导体热电层和N型半导体热电层沉积区域以及外围环状区域的划分，依次沉积P型半导体热电层和N型半导体热电层，沉积方式使用电化学沉积、分子束外延方式，在沉积N型半导体热电层时，用薄层微型模板将P型半导体热电层微孔遮挡住，沉积P型半导体热电层的方式与沉积N型半导体热电层相同；
(3).在P型半导体热电层和N型半导体热电层上面依次沉积层间连接结构阻碍/连接层，沉积方式与P型半导体热电层和N型半导体热电层的方式相同，采用丝网印刷方式制备层间连接结构中间层；
(4).采用离子研磨或者化学机械抛光技术，打磨层间连接结构中间层表面，去除微观不平整的多余材料；
(5).重复上述制造过程，与其所不同的是选用透明绝缘材料为基底，制成后将其翻转，使得步骤(5)中制备的层间连接结构中间层与步骤(4)中制备的层间连接结构中间层对准，采用加温加压再降温降压的方式实现低熔点层间连接结构中间层的粘结，温度范围在200-250℃，保温时间5-10min，压力50-300Pa，以40-50℃/min的升温速率加热到层间连接结构中间层的熔点以上，保持2-10min，然后停止加热，随炉冷却，直到降到室温，在加热的同时要施加1-5N的压力，样品位于真空环境或者惰性气氛中，采用剥离、湿法刻蚀、干法刻蚀和离子研磨方法移除绝缘材料的基底；
(6).采用导热油脂分别将底部绝缘基底层和顶部基底层外侧粘结背面散热层和高导热层，厚度低于0.5mm，采用电子绝缘罐封胶填充微型垂直结构热电器件的缝隙，并且作为微型垂直结构热电器件的绝缘绝热支撑材料，在温度50-100℃的温度范围内保温 1-2h，固化。
(7).在高导热层的上面粘贴热释放胶材料所制成的正面热释放胶层。
本发明具有如下有益效果：
(1)、本发明中所述层间连接结构为扩散势垒层/低熔点金属连接层/扩散势垒层，扩散势垒层能够阻挡不同材料也就是连接材料与热电材料在多个热电腿高温连接时相互扩散形成化合物，同时热电腿连接时中间低熔点金属加热熔融冷却固化就可以将多个热电腿连接起来，从而增加微米尺度热电腿高度，提升热电臂纵横比，改善微型热电器件的输出性能，包括总体的输出电压、功率密度等等。
(2)、本发明为微型热电器件正面和背面增加了多孔金属散热材料，依靠其毛细多孔结构，为微型热电器件提供快速高效的导热和散热，降低接触热阻，大大提高热电器件两端温差。
(3)、本发明制备工艺中提出在原有热电腿光刻掩膜模板的基础上，模板热电腿区域外围增加一层环形缓冲区域，从而避免光刻胶模板在湿法刻蚀时膨胀挤压热电腿，减少对已成型的热电腿的结构破坏。制备出微观形态平滑、裂纹少的热电腿材料。
附图说明：
图1为本发明便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的结构示意图。
图2为本发明便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备工艺流程图。
其中：
1-底部绝缘基底层；2-底部导电电极层；3-N型半导体热电层；4-层间连接结构中间层；5-层间连接结构阻碍/连接层；6-P型半导体热电层；7-顶部导电电极层；8-顶部基底层；9-绝缘绝热支撑材料；10-背面散热层；11-高导热层；12-正面热释放胶层。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，由A层/B层/C层组成，自下而上由背面散热层10、底部绝缘基底层1、底部导电电极层2、N型半导体热电层 3或者P型半导体热电层6、层间连接结构、顶部导电电极层7、顶部基底层8、高导热层11和正面热释放胶层12组成。层间连接结构自下而上依次由层间连接结构阻碍/连接层5、层间连接结构中间层4、层间连接结构阻碍/连接层5组成。层间连接结构是N型半导体热电层3或者P型半导体热电层6的连接层，可根据微型垂直结构热电器件所需长度，将多片N型半导体热电层3或者P型半导体热电层6靠层间连接结构多层叠加，改善了微型垂直结构热电器件的输出电压以及功率密度。N型半导体热电层3和P型半导体热电层6之间填充有绝缘绝热支撑材料9。
层间连接结构中的层间连接结构阻碍/连接层5使用的材料主要是单层金属或者多层金属叠加，主要包括纯银、钛、金等贵金属以及他们的多层复合。例如镍/金复合层、银、钛金复合层、钯等材料，厚度一般是1-10μm的尺度范围，但不仅限于这个范围，可根据N型半导体热电层3、P型半导体热电层6以及层间连接结构的长度调控形成合适的扩散势垒区，阻碍层间连接结构中间层4和N型半导体热电层3、P型半导体热电层6在加热时相互扩散。同时又能较好的连接N型半导体热电层3、P型半导体热电层 6与层间连接结构中间层4。
层间连接结构中间层4使用材料主要是低熔点焊料金属及化合物，主要包括纯银、锡、铋、铅等低熔点金属以及他们的化合物，厚度在50-150μm的尺度范围内。
背面散热层10是一种多孔金属材料，金属包括铜、铁、镍、银、钨等及其合金，孔径可以在纳米、微米量级，厚度在微米量级，散热的同时不给微型垂直结构热电器件增加额外的负担。具有优良的毛细多孔结构，实现微型垂直结构热电器件冷端快速高效的导热散热效果，从而增大温差，全面提升电池输出性能。
高导热层11与背面散热层10是同一种材料，可以保证高导热层11所在的热端温度传导的高效率，接触热阻小。进一步通过低热阻、高粘性、高导热油脂实现与微型垂直结构热电器件的热端连接，实现对热源的高效利用。尤其适用于生活中的一些低品位废热的利用。
正面热释放胶层12主要是一些快速释放型胶带，在背衬和粘合剂中间添加了各向异性的粘合剂，使得微型垂直结构热电器件可在人体体表以及任何有温度梯度的地方使用，大大提高了微型垂直结构热电器件的便携程度，具有高粘附性的同时，还具有低的剥离强度，不会破坏微型垂直结构热电器件。
底部绝缘基底层1可以选择尺度在微米量级的高热导率低电导率的绝缘材料，例如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、聚酰亚胺聚合物薄膜、具有二氧化硅氧化层的硅片、玻璃等。顶部基底层8选用透明材质的材料，以便实现最后层与层的对准，透明材质的对准标志在显微镜下可见。
底部导电电极层2和顶部导电电极层7主要为高导电性金属材料，包括金、银、铜、铝、镍、钴、铂、铬、锌、铁、镉、钛、镁、锰、锡以及他们的合金，或者高导电性金属材料的多层复合结构。
N型半导体热电层3或者P型半导体热电层6主要为碲化铋、碲化锑二元合金以及他们的掺杂合金等等。
绝缘绝热支撑材料9主要为环氧树脂、硅酸铝棉等具有良好的绝缘性能，并且导热系数很低的材料均可以应用为填充材料。
本发明便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备方法，包括以下步骤：
(1).选择绝缘材料作为基底，采用物理气相沉积法PVD、化学镀法、化学气相沉积法CVD以及磁控溅射等方式沉积底部导电电极层2。采用微纳加工工艺中的光刻掩膜法实现底部导电电极层2的区域划分，采用干法刻蚀或者湿法刻蚀去除底部导电电极层2的多余材料。或者通过不锈钢掩膜或其他掩膜对其进行激光切割，获得所需的底部导电电极图形。
(2).通过模板法，例如光刻掩膜法，实现P型半导体热电层6和N型半导体热电层3沉积区域以及外围环状区域的划分。依次沉积P型半导体热电层6和N型半导体热电层3，沉积方式使用电化学沉积、分子束外延等方式。在沉积N型半导体热电层3 时，用薄层微型模板将P型半导体热电层6微孔遮挡住，沉积N型半导体热电层3，在沉积P型半导体热电层6时，与N型半导体热电层3类似。
(3).在P型半导体热电层6和N型半导体热电层3上面依次沉积层间连接结构阻碍/连接层5，沉积方式与P型半导体热电层6和N型半导体热电层3的方式相同，采用丝网印刷方式制备层间连接结构中间层4。
(4).采用离子研磨或者化学机械抛光技术，打磨层间连接结构中间层4表面。去除微观不平整的多余材料，以实现后续层间的高效连接。
(5).重复上述制造过程，与其所不同的是选用透明绝缘材料为基底。制成后将其翻转，使得步骤(5)中制备的层间连接结构中间层4与步骤(4)中制备的层间连接结构中间层4对准，采用加温加压再降温降压的方式实现低熔点层间连接结构中间层4的粘结。温度范围在200-250℃，保温时间5-10min，压力50-300Pa。以40-50℃/min的升温速率加热到层间连接结构中间层4的熔点以上，保持2-10min，然后停止加热，随炉冷却，直到降到室温，在加热的同时要施加1-5N的压力，样品位于真空环境或者惰性气氛中。采用剥离、湿法刻蚀、干法刻蚀和离子研磨等方法移除绝缘材料的基底。
(6).采用导热油脂分别将底部绝缘基底层1和顶部基底层8外侧粘结背面散热层10和高导热层11，厚度低于0.5mm，采用电子绝缘罐封胶填充微型垂直结构热电器件的缝隙，并且作为微型垂直结构热电器件的绝缘绝热支撑材料9，在温度50-100℃的温度范围内保温1-2h，固化。
(7).在高导热层11的上面粘贴热释放胶材料所制成的正面热释放胶层12。
下面通过两个实施例来说明本发明便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备方法。
实施例1：
采用厚度为微米尺度的聚酰亚胺作为底部绝缘基底层，采用电化学沉积方法沉积碲化铋基材料制备P型半导体热电层和N型半导体热电层，铜做底部导电电极层，Ag 作为层间连接结构阻碍/连接层，层间连接结构中间层选用熔点为140℃的Bi57Sn42Ag1。
1、底部绝缘基底层以聚酰亚胺作为基底材料，首先对聚酰亚胺进行化学除油，粗化处理，敏化活化处理。
化学除油液 Na<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 50g/L，Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 30g/L，NaOH 25g/L，温度50℃
粗化处理液 NaOH 40g/L，KMnO<sub>4</sub> 90g/L，温度室温，15min
敏化液 SnCl<sub>2</sub> 10-30g/L，HCl 40-100mL/L，金属锡粒适量，室温浸渍5min
活化液 氯化钯0.5-1g/L，HCl 2-5ml/L，室温浸1-5min
2、对聚酰亚胺进行化学镀铜处理，化学镀铜液配方如下表所示。将聚酰亚胺基底室温浸渍如化学镀铜液20-60min，厚度为100-300nm，化学镀铜结束后将聚酰亚胺材料取出，用去离子水冲洗，然后用N2吹干。
成分 浓度
CuSO<sub>4</sub> 15g/L
KNaC<sub>4</sub>H<sub>4</sub>O<sub>6</sub>·4H<sub>2</sub>O 60g/L
NaOH 15g/L
HCHO 15-20mL/L
3、旋涂一层光刻胶材料13作为底部沉积电极刻蚀模板，采用湿法刻蚀的方式，将底部绝缘基底层浸入过硫酸钠溶液，进行底部电极刻蚀。得到所需要形状的基底电极，如图2中的(1)。
4、配置所需电化学沉积溶液，将适量的Bi2O3、TeO2、Sb2O3溶于1M-2M的HNO3溶液中，并添加糖精、十二烷基硫酸钠等作为添加剂，能够改善所沉积热电材料表面形态。
5、采用SU-8光刻胶形成P型半导体热电层和N型半导体热电层微区，分别采用三电极法电化学沉积P型半导体热电层和N型半导体热电层，如图2中的(2)。
6、采用光刻掩膜法，如图2中的(3)、(4)在P型半导体热电层和N型半导体热电层内电镀10-20μm的Ag层间连接结构阻碍/连接层，采用丝网印刷沉积20-30μm低熔点层间连接结构中间层Bi57Sn42Ag1。
7、对沉积的层间连接结构中间层进行化学机械抛光。
8、重复1-7过程，可以制备多层上述结构，叠加实现想要的P型半导体热电层和N型半导体热电层厚度。基底材料换成透光性好的玻璃。由于要移除基底，所以在第1步时，在基底上旋涂一层5-10μm厚的牺牲层，选用特定具有特定牺牲层溶剂的显影液。
9、采用光刻法刻蚀管道阵列14，将基底浸入牺牲层溶剂中，牺牲层溶剂通过管道直接接触底部牺牲层材料，然后轻轻敲击，即可移除基底。如图2中的(5)。
10、光刻掩膜法刻蚀，并直流电镀底部铜电极。
11、在显微镜下对准，将上述结构叠加，升温到200℃以上保温，并给样品施加一定压力以实现相互连接，如图2中的(6)。
12、选用合适的溶剂，溶解多余光刻胶。采用两片薄的高导热性紫铜片分别作为热电器件热端冷端封装材料，通过200-500μm的高导热硅脂涂层将紫铜片与内部热电器件连接，中间填充电子绝缘罐封胶环氧树脂作为绝缘绝热支撑材料，实现器件的封装。
实施例2：
与实施例1不同的是，不采用电化学沉积法，直接采用磁控溅射法在基底上依次沉积材料，省去后续的电极刻蚀的步骤，工艺简单，但是制备方法较为昂贵。选用具有单面氧化层的SiO2硅片作为基底材料，SiO2作为绝缘层隔离底部导电硅片。
1、在基底硅片上采用电子束蒸镀10-15nm的Ti和100-150nm的Au作为底层，然后电镀金，加厚底部电极，采用光刻法加湿法刻蚀底部金电极作为底部电极材料。
2、采用磁控溅射法溅射碲化铋基材料作为P型半导体热电层和N型半导体热电层。
3、通过电镀1-5μm的Pd作为层间连接结构阻碍/连接层。电镀Se作为层间连接结构中间层。
4、对Se材料表面进行离子研磨抛光。
重复1-4过程，与其不同的是选用透明绝缘基底材料。
器件封装：与实施例1相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：自下而上由背面散热层(10)、底部绝缘基底层(1)、底部导电电极层(2)、N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)、层间连接结构、顶部导电电极层(7)、顶部基底层(8)、高导热层(11)和正面热释放胶层(12)组成，所述层间连接结构自下而上依次由层间连接结构阻碍/连接层(5)、层间连接结构中间层(4)、层间连接结构阻碍/连接层(5)组成，所述层间连接结构是N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)的连接层，根据微型垂直结构热电器件所需长度，将多片N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)靠层间连接结构多层叠加，所述N型半导体热电层(3)和P型半导体热电层(6)之间填充有绝缘绝热支撑材料(9)；
所述层间连接结构中的层间连接结构阻碍/连接层(5)使用的材料是单层金属或者多层金属叠加，包括纯银、钛、金的贵金属以及他们的多层复合，厚度范围为1-10μm；
所述层间连接结构中间层(4)使用材料是低熔点焊料金属及化合物，包括纯银、锡、铋、铅的低熔点金属以及他们的化合物，厚度范围为50-150μm。
2.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述背面散热层(10)是一种多孔金属材料，金属材料包括铜、铁、镍、银、钨及其合金，孔径在纳米、微米量级，厚度在微米量级，所述高导热层(11)与背面散热层(10)是同一种材料。
3.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述正面热释放胶层(12)的背衬和粘合剂中间添加有各向异性的粘合剂。
4.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述底部绝缘基底层(1)选择尺度在微米量级的高热导率低电导率的绝缘材料，包括氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、聚酰亚胺聚合物薄膜、具有二氧化硅氧化层的硅片、玻璃，所述顶部基底层(8)选用透明材质的材料。
5.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述底部导电电极层(2)和顶部导电电极层(7)为高导电性金属材料，包括金、银、铜、铝、镍、钴、铂、铬、锌、铁、镉、钛、镁、锰、锡以及他们的合金，或者高导电性金属材料的多层复合结构。
6.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述N型半导体热电层(3)或者P型半导体热电层(6)为碲化铋、碲化锑二元合金以及他们的掺杂合金。
7.如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件，其特征在于：所述绝缘绝热支撑材料(9)为环氧树脂或者硅酸铝棉。
8.一种如权利要求1所述的便携式高纵横比层间连接的微型垂直结构热电器件的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1).选择绝缘材料作为基底，采用物理气相沉积法PVD、化学镀法、化学气相沉积法CVD以及磁控溅射方式沉积底部导电电极层(2)，采用微纳加工工艺中的光刻掩膜法实现底部导电电极层(2)的区域划分，采用干法刻蚀或者湿法刻蚀去除底部导电电极层(2)的多余材料，通过不锈钢掩膜对底部导电电极层(2)进行激光切割，获得所需的底部导电电极图形；
(2).通过模板法，实现P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)沉积区域以及外围环状区域的划分，依次沉积P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)，沉积方式使用电化学沉积、分子束外延方式，在沉积N型半导体热电层(3)时，用薄层微型模板将P型半导体热电层(6)微孔遮挡住，沉积P型半导体热电层(6)的方式与沉积N型半导体热电层(3)相同；
(3).在P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)上面依次沉积层间连接结构阻碍/连接层(5)，沉积方式与P型半导体热电层(6)和N型半导体热电层(3)的方式相同，采用丝网印刷方式制备层间连接结构中间层(4)；
(4).采用离子研磨或者化学机械抛光技术，打磨层间连接结构中间层(4)表面，去除微观不平整的多余材料；
(5).重复上述制造过程，与其所不同的是选用透明绝缘材料为基底，制成后将其翻转，使得步骤(5)中制备的层间连接结构中间层(4)与步骤(4)中制备的层间连接结构中间层(4)对准，采用加温加压再降温降压的方式实现低熔点层间连接结构中间层(4)的粘结，温度范围在200-250℃，保温时间5-10min，压力50-300Pa，以40-50℃/min的升温速率加热到层间连接结构中间层(4)的熔点以上，保持2-10min，然后停止加热，随炉冷却，直到降到室温，在加热的同时要施加1-5N的压力，样品位于真空环境或者惰性气氛中，采用剥离、湿法刻蚀、干法刻蚀和离子研磨方法移除绝缘材料的基底；
(6).采用导热油脂分别将底部绝缘基底层(1)和顶部基底层(8)外侧粘结背面散热层(10)和高导热层(11)，厚度低于0.5mm，采用电子绝缘罐封胶填充微型垂直结构热电器件的缝隙，并且作为微型垂直结构热电器件的绝缘绝热支撑材料(9)，在温度50-100℃的温度范围内保温1-2h，固化；
(7).在高导热层(11)的上面粘贴热释放胶材料所制成的正面热释放胶层(12)。
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