CN111937167A - 热电转换装置 - Google Patents

Abstract

一种热电装置，其包括有源元件，该有源元件含有硅、硅合金、金属‑硅化物或硅复合物的热电材料；以及互连区域，其由互连金属和由来自有源热电元件的材料组成的重结晶相组成。互连金属来自在固态下不形成金属硅化物的金属，在液相中对于热电元件的组分具有一定的溶解度，并且在固相中这些组分具有较低的溶解度。有源热电元件被成形为具有第一接触界面和第二接触界面。不同热电元件之间的互连由至少两相材料组成，其中一相主要是金属互连材料，另一相由热电材料的重结晶组分形成。

Description

热电转换装置

技术领域

本发明涉及一种由含硅材料制成的热电转换装置。另外，本发明涉及一种用于制造这种热电转换装置的方法。

背景技术

基于含碲化铋的材料的热电元件是众所周知的，并且广泛应用于不同的应用中。然而，由于碲化铋材料的材料特性，这种装置通常限于最高工作温度为250℃。在热端设备的工作温度大于500℃的所谓的高温范围内，这些材料不再有用。

另一方面，硅、硅复合物、硅合金和基于金属硅化物的热电转换装置提供了成为低成本、环境友好的热电装置的前景，所述热电装置非常适合装置热端温度高于500℃的高温操作，因此，这种装置是例如在其中在非常高的温度水平(通常在800℃和1200℃之间)产生大量废热的加工工业中或在其中通过燃烧气体或生物质产生热量和电力的共同产生情形中应用的理想候选物。用于这种高温热电装置的有前景的材料类别是硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物的组，在此表示为含硅材料，尤其是具有封闭纳米结构的硅、硅锗合金(SiGe)、高硅化锰(HMS)、硅化铁(FeSi₂)和硅化镁(Mg₂Si)(硅化物)。通常通过添加少量痕量的掺杂剂材料将这些硅化物调节到所需的特性，例如塞贝克电压、电阻率和热导率。众所周知的例子是硼掺杂的SiGe与磷掺杂的SiGe的组合，其允许制造p型导电材料(硼掺杂的SiGe)和n型导电材料(磷掺杂的SiGe)。其他例子是铝掺杂的高硅化锰作为p型导电材料或铁掺杂的硅化锰作为n型材料。

由于在这种热电转换装置的一个热电元件上由塞贝克效应产生的电压通常约为100mV，因此，热电转换装置通常由通过导电互连串联电连接的多个热电元件组成。最优选地，这种热电转换装置由具有所谓的p型导电元件和n型导电元件的两种类型的热电元件组成。以电串联互连方式交替这些热电元件是制造热电转换装置的优选方法。然而，如本领域技术人员所知，仅由一种类型的热电元件(即，p型或n型)组成的并联互连及装置是可能的。在许多实际情况下，这种导电互连使用耐高温金属，例如镍或铜。在无氧环境下，钼和钨也是用于电互连的有用元素。然而，由于热电发生器的高工作温度和长预期工作寿命，对这些导电互连的技术要求极其苛刻。

在制备热电转换装置的过程中，使用具有低电阻的电互连将包括硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料(一种n型、一种p型材料)的至少一种(但优选两种)含硅材料的热电元件串联连接。这些互连必须满足许多要求，例如：

-低电阻率

-优选地，在高温工作下没有性能退化或至少可接受地小的性能退化

-足够的机械稳定性以允许所述热电模块在循环温度工作下以及在长时间恒定高温工作下连续工作。

公认的现有技术是直接含硅材料-金属互连不能满足上述技术要求。其原因在于来自金属互连层的金属将扩散到热电(硅化物)材料中并降低电特性，而来自热电材料的硅将与金属互连反应，在界面处形成通常非常脆的金属硅化物。由于这些扩散过程将在装置工作期间继续，因此，这种互连在工作中不稳定。另外，硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料-金属互连通常显示出热膨胀系数的差异，这导致互连中的热应力以及互连的裂纹形成或断裂。

因此，使用分层的界面结构来克服稳定性问题并产生所需的特性。

WO2013145843公开了一种热电转换模块，其包括硅化锰作为活性材料，该硅化锰使用Cr-Cu合金应力消除层和Ni扩散阻挡层的组合与Ni、Mo或W电极接触以防止Cr或Cu固态扩散到硅化锰中。然而，在我们的测试结果中，所提出的包括硅化锰-Ni界面的结构在高温环境中长期工作时不稳定。预期这种系统在高温工作下具有有限的寿命。

出版物TW201234688公开了在例如硅化镁上的低电阻率电接触，其中，电极材料本身是过渡金属硅化物或过渡金属硅化物(例如硅化镍、硅化铬、硅化钴、硅化钛)和可能的金属的混合物。这种结构提供了与热电材料本身的低电阻接触，然而它对于热电模块制造没有用，因为过渡金属硅化物机械上不够稳定，并且与金属(例如Ni)组合将不会阻止硅扩散到金属中以及最后阻止金属层转化为金属硅化物。

出版物JP2005317834公开了一种热电转换模块，其包括p型硅化铁(FeSi₂)的热电转换元件；n型硅化铁(FeSi₂)的热电转换元件；以及电极构件，该电极构件表面层至少为铜、钼、钴或钨。至少，热电转换元件的高温端通过钎填料金属构件经由插入的银层与电极构件连接。钎填料金属构件的熔点为

在该出版物中描述了一种其中在上述温度范围内烧结Ag颗粒的方法。这种方法将不能产生稳定的银金属互连，并且在热电工作期间会进一步烧结Ag颗粒，因此，很可能不稳定。

通常，由于接触的金属组分扩散到热电硅化物材料中或硅从热电材料扩散到金属化层中，在该金属化层中形成不需要的或有害的硅化物，通常形成机械脆性材料，因此，产生与硅化物的低电阻接触的现有技术公开缺乏长期的稳定性。另外，热膨胀系数的差异导致互连中的高热应力，并可能导致裂纹形成和最后导致接触断裂。

连接基于硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物的不同材料的替代方法是通过所谓的p-n结直接连接两个热电元件而无需互连金属。这可以通过半导体金属的激光焊接，或通过从熔体中结晶出连接的p-n型支脚，或通过在高温下从材料表面扩散掺杂剂来实现。在WO0184641(A1)中描述了这种装置的例子。由于在元件的热端省略了金属互连接触，因此，这种技术克服了围绕具有金属互连的硅或金属硅化物材料之间的互连技术问题。然而，与金属接触相比，p-n结的导电性较低，并且导电性强烈依赖于温度，当达到足够热量产生的充电器载流子浓度时，将其整流p-n结行为改变为更欧姆的行为。在较低温度下，这种p-n结导电性不足，因此，基于p-n结的热电装置在中低温度下的性能受到限制(根据材料的带隙，p-n结的欧姆传导可能需要至少500℃或更高的温度)。

总之，基于含硅材料(例如硅、硅复合物，硅合金或基于金属硅化物的材料)的热电装置的现有技术是，由于在界面处形成金属硅化物并且金属相互扩散到半导体材料中，半导体与互连金属之间的高导电肖特基型接触不够稳定。p-n结形式的两个硅、硅复合物，硅合金或金属硅化物热电元件之间的直接互连可导致稳定的互连，然而，由于p-n结的较高电阻率而导致装置性能降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料的热电转换装置以及一种用于克服或减轻上述不利影响的热电转换装置的制造方法。

通过包括第一有源元件和第二有源元件的热电转换装置来实现上述目的，所述第一有源元件和第二有源元件含硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物。取决于期望的导电类型，这种第一有源元件和第二有源元件可以掺杂有不同的掺杂剂以允许n型导电性和p型导电性的组合。这些元件通过互连层互连，所述互连层由互连金属和重结晶材料相的组合组成，所述重结晶材料相由硅、硅复合物、硅合金和金属硅化物基元件的成分组成。互连金属具有以下特性：

-互连金属不与硅反应形成固相互连金属-硅化物相。

-互连金属将在低于第一热电元件或第二热电元件中的任何一个的熔点的温度下熔融。

-在熔融状态下，互连金属将溶解热电元件中的至少一种组分(优选为硅)或者溶解存在于元件中的组合物中的热电元件的所有组分。热电元件的组分在熔融互连金属中的溶解度将被限制为一定值，但是如果液体互连金属的温度升高，则溶解度将增加。

-在固态下互连金属对热电元件的任何组分都具有低溶解度。

含硅材料(例如硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料)被认为含至少50重量％的Si。

如以下例子中，在硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基热电材料的情况下确实存在不形成互连金属硅化物的这种金属。这些例子为锡、锌、铝、银、锗。其他金属为铍、金和锑。

因此，形成互连金属硅化物的不满足上述描述的一些常用金属的例子为铁、铜、铬、镍、铂和钛。这种热电元件与互连金属组合将允许互连过程，其中，将其间具有互连金属的两个热电元件的组件加热到高于互连金属的熔点的温度。与上述专利中概述的互连工艺相反，互连金属在该工艺中完全熔融且呈液态。在液体互连金属加热期间，将一定量的热电元件中的至少一种组分(但优选所有组分)溶解在熔体中。在互连过程的一段时间后，组件将被冷却，由于溶解度降低，导致热电材料的溶解组分从液体互连金属熔体中结晶。在互连金属熔体的凝固点处，由于元素在凝固的互连金属中的溶解度较低，液体互连熔体中热电元件的其余组分也必然结晶。

作为该过程的结果，在至少两个热电元件之间产生了电和机械互连，所述电和机械互连由至少两个相(来自热电元件的组分的重结晶相和凝固的互连金属相)组成。

与现有技术相比，这种工艺的优势在于，由于所选择的互连金属的特性，该组件在固态下变成化学惰性的。在互连金属连接两种热电材料的区域中，由于在金属-热电元件界面处的肖特基接触行为，实现了低电阻互连。连接的重结晶热电材料形成了导电性较低的p-n结，该p-n结为互连系统提供了较高的机械稳定性。

重结晶的热电元件与互连金属之间的比例可以通过工艺参数(如互连金属熔融过程期间的最高温度)来调节。重结晶的热电元件相的形式可以通过再凝固温度轨迹来调节。这样做，可以控制重结晶相以在热电元件上形成均匀的层，在它们之间具有凝固的金属层。这种条件将导致高电导率，同时降低了互连的机械强度。如果以不同的冷却速率进行重结晶过程，则重结晶前沿不稳定，从而导致热电元件之间的重结晶互连。这种系统在机械稳定性方面具有优势，但以略低的电导率为代价。结果，这种过程导致必要的过程调整以允许根据其功能要求制造热电发生器。

该系统的另一个优势是，金属互连中的金属量通常很少，优选的互连金属层厚度在5μm至500μm之间。

附图说明

下面将参考附图更详细地解释本发明，在附图中示出了本发明的说明性实施方式。它们仅用于说明性目的，而不是限制由所附权利要求限定的发明构思。

图1示出了根据本发明实施方式的热电转换装置的剖视图；

图2示出了根据本发明实施方式的另一种热电转换装置的剖视图；

图3示出了在制造过程之前根据本发明实施方式的热电转换装置的互连方案的剖视图；

图4示出了在制造过程之后根据本发明实施方式的热电转换装置的互连方案的剖视图；

图5示出了在制造过程之后根据本发明另一种实施方式的热电装置的互连方案的剖视图；

图6示出了在制造过程之后根据本发明另一种实施方式的热电装置的互连方案的剖视图；

图7示出了在制造过程之后根据本发明实施方式的热电转换装置的实际互连的横截面显微照片；

图8示出了银硅系统的相图；并且

图9示意性地示出了根据本发明实施方式的热电装置构造的透视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施方式的热电转换装置的剖视图。

根据一个实施方式，一种热电转换装置包括多个热电元件1001和1003，也称为“有源元件”，其来自硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料。这种热电元件可以具有条形。

每个热电元件1001；1003包括到互连区域1002和第二互连区域1004的接触界面；例如，这些接触和相对界面形成在条形的各个端部处。在使用热电元件期间，一个接触界面(例如，第一接触界面)被保持在相对较高温度下，即，热端位于具有相对较高温度的区域中，而另一个第一相对界面作为冷端被保持在相对较低温度下，与具有高温的区域相比，其位于具有相对较低温度的区域中。

热电元件1001；1003通过提供金属互连区域1002而串联连接。根据本发明，可以是条状元件的互连区域1002由一定体积的互连金属和一定体积的热电元件的重结晶组分组成。

第二互连区域1004可以优选地由与第一互连区域1004相同的部件制得。然而，由于工作温度的差异，可以应用其他互连金属。

在一个实施方式中，热电元件1001；1003为“L”形并由一个部件制成。可替代地，热电元件1001；1003可以各自由相同材料的两个支脚组成，这些支脚通过热处理接合以形成L形。

图2示出了根据本发明实施方式的热电转换装置的剖视图。

根据一个实施方式，一种热电转换装置包括多个热电元件2001和2003，也称为“有源元件”，其来自硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基材料。这种热电元件可以具有条形。

热电元件2001；2003各自包括延伸至热端和冷端上的互连区域2002的接触界面；根据本发明，可以是条状元件的互连区域2002由一定体积的互连金属和一定体积的热电元件的重结晶组分组成。

图3示出了在制造过程之前的互连的横截面图。热电元件3001；3003与金属互连层3002被定位在各个接触界面之间。

图4示出了在制造过程之后的互连的横截面图。热电元件4001；4003部分溶解在液体互连金属中并在冷却过程期间重结晶。这种重结晶可以是连接热电元件4001；4003的支柱4004的形式。在支柱之间，凝固的互连金属4002形成导电接触。

图5示出了在制造过程之后的互连的横截面图。两个热电元件5001中的一个经由重结晶元件-互连金属层5005连接至相同材料的连接元件5003。然后，连接元件5003经由重结晶元件-互连金属层5004连接到第二热电元件。

图6示出了在制造过程之后的另一种热电装置的横截面。热电元件6001和6002经由重结晶热电元件-金属互连层6003连接在一起。在热电元件6001上，使用相同的互连工艺6005电连接第三硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物基部件6004。在热电系统上的热通量是从液态或气态材料传递的情况下，这种结构作为热交换器是有用的。

图7示出了根据本发明实施方式连接的两个热电元件7001；7003的实际横截面显微照片。在重结晶互连区域中，互连金属7002作为光区域可见。在互连金属7002之间，热电材料被重结晶7004。

图8示出了根据R.W.Olesinski和G.J.Abbaschian(Binary Alloy PhaseDiagrams,American Society for Metals,1986)的银硅系统的相图。虚线8004表示1000℃的处理温度。在本发明的典型实施方式中，在热电元件中将存在大量的硅和有限量的液态银。因此，系统将处于热力学稳态点8001。在冷却期间，系统将沿着固态Si-液态Ag线向共晶点8002发展。在该冷却期间，灰色区域8003表示在稳态条件下必然固化的硅量。很明显，该二元系统是实际系统的简化，仅用于说明原理。

图9示出了示意性示出根据本发明实施方式制造的实际热电转换装置的横截面。

例如：磷掺杂的SiGe合金可用于制造第一类型的n型导电热电元件9001；硼掺杂的SiGe可用作第二类型的p型导电热电元件9002；类似于图5所示，使用连接元件9003和银互连金属在第一元件9001与连接元件9003之间以及在第二元件9002与连接元件9003之间可以将这些第一元件和第二元件9001；9002互连。

所有部件都安装在定位工具中，且在接触表面之间有一层Ag互连金属。在熔融Ag互连金属层的熔炉工艺中，根据本发明制造界面。熔炉工艺的最高温度可以高于962℃(例如1000℃)的银的熔点。在将最高温度保持一定时间以使材料从互连金属熔体中的热电元件组分中溶解后，通过冷却开始重结晶过程。取决于由于热电元件的溶解组分而引起的凝固温度的变化，凝固温度将与Ag的熔融温度不同。

为了制造的目的，在该例子中的Ag互连金属层可以以位于热电元件之间的Ag箔的形式来施加；其他施加方法是在表面上蒸发Ag、镀Ag层或丝网印刷含Ag颗粒的浆料。然而，许多其他制造工艺(例如化学或物理气相沉积、等离子体沉积或溅射)在工业上是众所周知的，并且可以根据本发明来应用。

也可以使用具有这种互连金属特性的其他金属或金属合金：

-不与硅反应形成固相的互连金属-硅化物相；

-将在低于第一热电元件或第二热电元件中的任何一个的熔点的温度下熔融；

-在熔融状态下，将溶解热电元件中的至少一种组分(优选为硅元素)，最优先地溶解存在于元件中的组合物中的热电元件的所有组分，热电元件的组分在熔融互连金属中的溶解度将被限制为一定值，但是如果液体互连金属的温度升高，则溶解度将增加；

-在固态下，对于热电元件的任何组分均具有较低的溶解度。

这种互连金属合金的可商购例子是例如AgAl或AgGe。显示出所需特性的其他金属例如为Zn、Sn、Al、Ge。另外，Au、Be和Sb具有这些期望的特性。显然，也可以应用这些族的合金或金属混合物。

也可以使用这种互连金属与热电元件组分的混合物或合金。这种组合物可用于控制熔融和凝固温度以及热电元件的溶解组分的量。

另外，应该提到的是，将不同的互连金属应用于例如热电发生器的热端和热电发生器的冷端可能是有利的，因为界面的热电装置内的工作温度通常将不同。这种热电装置可以使用Ag互连金属以在高温下工作区域中建立热电装置的元件的互连，并结合较低熔融温度的Zn以在较冷区域中建立热电装置各部分的互连。现在很明显，通过将本发明用于高温互连，将本发明与其他众所周知的在较冷部件中互连工艺相组合的热电装置是可能的。

本发明的互连方法还允许作为热电发生器的一部分的相同类型的热电元件或其他结构部件的机械、热和电互连。因此，该方法可以用于将结构部件(如热交换器的高导热翅片)附接至热电元件。另一种可能性是通过用本发明的互连工艺将它们连接在一起而产生相同类型热电元件的更复杂的几何形状。如本领域技术人员显而易见的，这使得能够以非常有效和灵活的方式设计热电发生器。

另一个例子使用具有例如钒、铬或铝掺杂剂的高硅化锰材料作为p型热电元件，并结合具有铁或钌掺杂剂的高硅化锰作为n型热电元件。

在硅化物材料的热膨胀系数充分匹配的条件下，也可以在本发明所述的制造工艺中组合来自不同族的硅化物。当热电或结构材料仅在次要组分(如掺杂剂或少量合金组分的添加)方面不同时，通常发现这种材料组合。

在一个实施方式中，本发明的方法使用单个高温工艺，该工艺允许以受控方式制造热电装置。该工艺本身可以描述为机械地堆叠与互连金属材料接触的热电硅合金。在熔炉中，在基本上防止表面氧化物形成的气体气氛中加热该机械堆叠层，其中，将机械堆叠层加热到仅作为最低熔融温度组分的互连金属变为液体时的温度。一旦互连金属为液体，来自热电材料的组分将在互连金属中溶解至溶解极限。取决于溶解度，可以通过液体互连金属的量和熔体的过热来控制热电元件的溶解组分的量。在一定的保持时间之后，熔炉温度将降低以允许来自互连金属熔体的热电元件的溶解组分凝固。在熔融的互连金属和热电元件的溶解组分的混合物的凝固温度下，系统将凝固。

对于本领域技术人员显而易见的，可以通过改变工艺环境(真空、保护性气体、还原性气氛)，工艺时间和工艺温度来容易地改变该工艺。预测加热期间保持温度的时间间隔以使表面污染物(如水)离开熔炉中的部件表面可能会很有用。同样，可以在合适的加热周期中除去银或金属组分的表面氧化物。通过添加合金材料来降低互连金属的熔融温度也是可能且有利的。只要互连金属组分不形成硅化物相，还有许多其他混合物或合金组分可用于互连金属。这种非硅化物形成材料例如为Ag、Al、Ge、Sn、Zn。同样，可以使用Au、Be和Sb。

利用该工艺在单个工艺步骤中形成期望的分层结构，然而，在不同的熔炉温度下使用不同的互连金属的两步工艺现在将是显而易见的。

在附图的前述描述中，已经参考本发明的具体实施方式描述了本发明。然而，很明显，在不背离所附权利要求中概括的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。

此外，在不背离本发明的实质范围的情况下，可以进行修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明旨在不局限于所公开的特定实施方式，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

特别地，可以进行本发明各个方面的特定特征的组合。通过增加关于本发明的另一方面描述的特征，本发明的一个方面可以进一步有利地增强。

应当理解，本发明仅由所附权利要求及其技术等同物限定。在本文档及其权利要求中，动词“包括(to comprise)”及其变化形式以其非限制性意义使用以表示包括该词之后的项目，而不排除未具体提及的项目。另外，通过不定冠词“一(a)”或“一(an)”提及元件不排除存在多于一个元件的可能性，除非上下文明确要求存在且仅存在一个元件。因此，不定冠词“一(a)”或“一个(an)”通常表示“至少一个(at least one)”。

Claims (15)

1.一种热电转换装置，该热电转换装置至少包括第一有源热电元件和第二有源热电元件，所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件各自基于含硅材料，以及在所述第一有源热电元件与所述第二有源热电元件之间的由互连金属相材料和重结晶的热电元件组分相材料组成的互连区域，其特征在于，所述互连金属相材料：

-不与硅反应形成固态金属-硅化物相；

-在低于所述第一热电元件材料或所述第二热电元件材料中的任何一种的熔点的温度下熔融；

-在熔融状态下，溶解所述热电元件中的至少一种组分，优选为硅，最优选地溶解所述热电元件的所有组分，所述热电元件的一种或多种组分在熔体中的溶解度受到限制，但是随着温度的升高而增加，并且

-固态热电元件的任何组分均具有较低的溶解度，低于其在熔融状态下的溶解度。

2.根据权利要求1所述的热电转换装置，其中，所述含硅材料包括选自由硅、硅复合物、硅合金或金属硅化物组成的组中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的热电转换装置，其中，所述互连金属相材料在所述第一有源热电元件或第二有源热电元件的两个部分之间形成接触。

4.根据前述权利要求1-3中任意一项所述的热电转换装置，其中，所述互连金属相材料接触所述热电转换装置的一个或多个其他功能部件，所述其他功能部件在所述装置中提供导热性或导电性；所述其他功能部件各自基于含硅材料。

5.根据前述权利要求1-4中任意一项所述的热电转换装置，其中，所述互连金属相材料基于至少一种选自包括Ag、Al、Ge、Sn、Zn的组的元素，或至少两种选自所述组的元素的混合物或合金。

6.根据前述权利要求1-5中任意一项所述的热电转换装置，其中，所述互连金属基于至少一种选自包括Ag、Al、Ge、Sn、Zn的组的元素，或至少两种选自所述组的元素的混合物或合金以及添加的一种或多种热电材料组分。

7.根据前述权利要求1-6中任意一项所述的热电转换装置，其中，所述互连金属相材料在互连过程开始时具有在5μm至500μm之间的厚度。

8.根据前述权利要求1-7中任意一项所述的热电转换装置，其中，该热电转换装置包括第一互连金属相和重结晶的热电元件组分相以在高温端接触的区域中互连所述热电装置的组分，以及第二互连金属相和第二重结晶的热电元件组分相以在低温端接触的区域中互连所述热电装置的组分。

9.一种用于根据前述权利要求1-8中任意一项所述的热电装置的制造方法，该方法包括：

将至少第一有源热电元件和第二有源热电元件放置在具有待形成的热电装置的期望几何形状的组件中，在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件要连接的第一表面之间布置有第一互连金属；

将所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的组件加热到高于所述第一互连金属的凝固点的第一温度以产生第一液体互连金属，同时允许所述第一热电元件和所述第二热电元件的组分溶解在所述第一液体互连金属中；

以受控方式冷却所述组件以在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的所述第一表面之间形成由所述第一互连金属相材料和第一重结晶的热电元件组分相材料组成的第一互连区域。

10.根据权利要求9所述的制造方法，该制造方法进一步包括在所述组件的加热期间，在所述互连金属与所述热电转换装置的一个或多个功能部件之间的界面处，所述含硅材料的组分溶解在所述液体互连金属中，以及

在冷却期间，在所述界面处形成由重结晶的金属相和重结晶的含硅材料组成的互连区域。

11.根据权利要求9或10所述的制造方法，该制造方法进一步包括：

在将至少第一有源热电元件和第二有源热电元件放置在具有待形成的热电装置的期望几何形状的组件中期间：

布置第二互连金属，布置在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件要连接的第二表面之间；

其中，将所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的组件加热到高于所述第二互连金属的凝固点的第一温度包括：产生第二液体互连金属，同时允许所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的组分溶解在所述第二液体互连金属中；以及

其中，以受控方式冷却所述组件包括：在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的所述第二表面之间形成由第二重结晶的金属相材料和第二重结晶的热电元件组分相材料组成的第二互连区域，

其中，所述第二互连金属相材料不同于所述第一互连金属相材料。

12.根据权利要求9或10所述的制造方法，该制造方法进一步包括：

在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的所述第一表面之间形成由所述第一重结晶的金属相材料和所述第一重结晶的热电元件组分相材料组成的第一互连区域之后：

布置第二互连金属，布置在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件要连接的第二表面之间；

将所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的组件加热到高于所述第二互连金属的凝固点的第二温度以产生第二液体互连金属，同时允许所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的组分溶解在所述第二液体互连金属中；

以受控方式冷却所述组件以在所述第一有源热电元件和所述第二有源热电元件的所述第二表面之间形成由第二重结晶的金属相材料和第二重结晶的热电元件组分相材料组成的第二互连区域；

其中，所述第二互连金属不同于所述第一互连金属，并且所述第二温度低于所述第一温度。

13.根据前述权利要求9-12中任意一项所述的制造方法，其中，所述互连金属相材料主要基于至少一种选自包括Ag、Al、Ge、Sn、Zn的组的元素，或至少两种选自所述组的元素的混合物或合金。

14.根据前述权利要求9-12中任意一项所述的制造方法，其中，所述互连金属基于至少一种选自包括Ag、Al、Ge、Sn、Zn的组的元素，或至少两种选自所述组的元素的混合物或合金以及添加的一种或多种热电材料组分。

15.根据前述权利要求9-14中任意一项所述的制造方法，其中，在所述组件的加热之前，当所述互连金属布置在所述第一热电元件和所述第二热电元件要连接的表面之间时，具有在5μm至500μm之间的初始厚度。

Images