CN114464725B - 一种热电膜、热电膜制造方法及热电器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热电膜、该热电膜的制造方法及包括该热电膜的热电器件，该热电膜包括：第一电极、第二电极和设在所述第一电极和第二电极之间的至少一个热电偶臂；每个所述热电偶臂的一端与所述第一电极连接，每个所述热电偶臂的另一端与所述第二电极连接，各个所述热电偶臂间隔设置；所述第一电极的材料与所述第二电极的材料相同或不同，所述热电偶臂的材料为半导体材料；所述第一电极围设在所述第二电极的外侧。
Description
技术领域
本发明涉及热电器件技术领域，尤其涉及一种热电膜、热电膜制造方法及热电器件。
背景技术
近年来，随着计算机技术、航天技术、超导技术以及微电子技术的发展，迫切需要小型、静态、固定安装和长寿命的制冷装置。许多大功率电子器件，如功率放大器、光通信激光二极管、高性能CPU等电子元件的尺寸越来越小，产生的热量越来越多，热流密度显著增大，导致电子元件经常在接近极限温度的条件下工作，严重影响其性能和寿命。现有制冷技术，如类似风扇的对流散热无法用于处理高封装密度的功率器件在小面积内产生的大量热流，机械压缩式制冷装置体积太大而无法解决集中散热器件的冷却调温问题(即所谓点制冷问题)。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种热电膜、热电膜制造方法及热电器件。
根据本发明的一个方面，一种热电膜，包括：第一电极、第二电极和设在所述第一电极和第二电极之间的至少一个热电偶臂；
每个所述热电偶臂的一端与所述第一电极连接，每个所述热电偶臂的另一端与所述第二电极连接，各个所述热电偶臂间隔设置；
所述第一电极的材料与所述第二电极的材料相同或不同，所述热电偶臂的材料为半导体材料；
所述第一电极围设在所述第二电极的外侧。
根据本发明的至少一个实施方式，所述第二电极设有与外部电源连通的导线；
所述第一电极具有供所述导线通过的敞口。
根据本发明的至少一个实施方式，所述第一电极和所述第二电极的外表面均为弧形或多边形。
根据本发明的至少一个实施方式，当所述第一电极和所述第二电极的外表面均为弧形时，每个所述热电偶臂的长度相同，每个所述热电偶臂沿所述第一电极和第二电极之间的环形区均匀分布。
根据本发明的至少一个实施方式，当所述第一电极和所述第二电极的外表面均为弧形时，所述第一电极为环形电极，所述第二电极为环形或圆形的电极。
根据本发明的至少一个实施方式，所述第一电极和所述第二电极的材质包括铜、银和金中的至少一种。
一种热电器件，包括基底和前述任一项所述的热电膜，所述热电膜位于所述基底的表面。
一种如前述任一项所述的热电膜的制造方法，所述热电膜采用真空蒸镀工艺或磁控溅射工艺制成。
根据本发明的至少一个实施方式，所述制造方法包括：
在真空环境中，将电极掩膜板覆盖在基底上将电极材料沉积成第一电极和/或第二电极；
在真空环境中，将热电偶臂掩膜板覆盖在沉积第一电极和第二电极的基底上，将半导体材料沉积成热电偶臂，得到所述热电膜。
根据本发明的至少一个实施方式，所述制造方法还包括：在真空环境中，对所述第一电极和所述第二电极进行退火处理，和/或，对所述热电偶臂进行退火处理。
本发明的有益效果是：本发明结构合理，易于实现对电子元器件及集成电路中具有不同尺寸和形状的微区域进行点制冷与温控；同时本发明只需沉积一种热电偶臂，简化了热电器件的加工流程，提高了加工效率。附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本发明的实施方式的热电器件的示意图。
图2是根据本发明的热电器件制造方法使用的电极掩膜板的示意图。
图3是根据本发明的热电器件制造方法使用的热电偶臂掩膜板的示意图。
附图标记：1-第一电极；2-第二电极；3-热电偶臂；4-导线。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1所示，根据本发明的第一实施方式，提供了一种热电膜，包括：第一电极1、第二电极2和设在第一电极1和第二电极2之间的至少一个热电偶臂3；
每个热电偶臂3的一端与第一电极1连接，每个热电偶臂3的另一端与第二电极2连接，各个热电偶臂3间隔设置；
第一电极1的材料与第二电极2的材料相同或不同，热电偶臂3的材料为半导体材料；
第一电极1围设在第二电极2的外侧。
第一电极1可将第二电极2全部包围，也可包围部分第二电极2。
可通过导线4将第一电极1和第二电极2与外部电源连接，当第一电极1将第二电极2全部包围时，导线4可从第一电极1上方或第一电极1下方穿过。根据本发明的一个实施方式，如图1所示，第一电极1具有供导线4通过的敞口。
根据本发明的一个实施方式，第一电极1和第二电极2的外表面均为弧形或多边形。
根据本发明的一个实施方式，如图1所示，当第一电极1和第二电极2的外表面均为弧形时，每个热电偶臂3的长度相同，每个热电偶臂3沿第一电极1和第二电极2之间的环形区均匀分布。
根据本发明的一个实施方式，如图1所示，当第一电极1和第二电极2的外表面均为弧形时，第一电极1为环形电极，第二电极2为环形或圆形的电极。
根据本发明的一个实施方式，第一电极1和第二电极2的材质包括铜、银和金中的至少一种。
本发明还提供了一种热电器件，包括基底和前述任一项的热电膜，热电膜位于基底的表面。
本发明还提供了一种如前述任一项的热电膜的制造方法，热电膜采用真空蒸镀工艺或磁控溅射工艺制成。
根据本发明的至少一个实施方式，制造方法包括：
在真空环境中，将电极掩膜板覆盖在基底上将电极材料沉积成第一电极1和/或第二电极2；
在真空环境中，将热电偶臂掩膜板覆盖在沉积第一电极1和第二电极2的基底上，将半导体材料沉积成热电偶臂3，得到热电膜。
根据本发明的至少一个实施方式，制造方法还包括：在真空环境中，对第一电极1和第二电极2进行退火处理，和/或，对热电偶臂3进行退火处理。
具体制造方法实施例一：
将电极掩膜板覆盖在已经经过多次清洗的洁净单晶硅基底上并固定位置，将电极掩膜板和基底一起放入真空室，利用真空蒸镀的方法沉积制备铜电极，铜电极包括第一电极1和第二电极2，并在真空环境下对铜电极进行退火。
将热电偶臂掩膜板覆盖在已经沉积铜电极的基底上并固定位置，将热电偶臂掩膜板和基底一起放入真空室，利用真空蒸镀的方法沉积制备N型碲化铋热电偶臂3，并在真空环境下对碲化铋热电偶臂3进行退火。
具体制造方法实施例二：
将电极掩膜板覆盖在已经经过多次清洗的洁净氧化铝基底上并固定位置，将电极掩膜板和基底一起放入真空室，利用磁控溅射的方法沉积制备铜电极，铜电极包括第一电极1和第二电极2，并在真空环境下对铜电极进行退火。
将热电偶臂掩膜板覆盖在已经沉积铜电极的基底上并固定位置，将热电偶臂掩膜板和基底一起放入真空室，利用磁控溅射的方法沉积制备P型碲化铋热电偶臂3，并在真空环境下对碲化铋热电偶臂3进行退火。
具体制造方法实施例三：
将电极掩膜板覆盖在已经经过多次清洗的洁净氮化铝基底上并固定位置，将电极掩膜板和基底一起放入真空室，利用真空蒸镀的方法沉积制备银电极，银电极包括第一电极1和第二电极2，并在真空环境下对银电极进行退火。
将热电偶臂掩膜板覆盖在已经沉积银电极的基底上并固定位置，将热电偶臂掩膜板和基底一起放入真空室，利用磁控溅射的方法沉积制备P型镁银锑热电偶臂3，并在真空环境下对镁银锑热电偶臂3进行退火。
具体制造方法实施例四：
将电极掩膜板覆盖在已经经过多次清洗的洁净石英玻璃基底上并固定位置，将电极掩膜板和基底一起放入真空室，利用磁控溅射的方法沉积制备金电极，金电极包括第一电极1和第二电极2，并在真空环境下对金电极进行退火。
将热电偶臂掩膜板覆盖在已经沉积金电极的基底上并固定位置，将热电偶臂掩膜板和基底一起放入真空室，利用磁控溅射的方法沉积制备N型碲化铅热电偶臂3，并在真空环境下对碲化铅热电偶臂3进行退火。
上述制造方法中使用的电极掩膜板和热电偶臂掩膜板的结构分别如图2和3所示。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种热电膜，其特征在于，包括：第一电极（1）、第二电极（2）和设在所述第一电极（1）和第二电极（2）之间的多个热电偶臂（3）；
每个所述热电偶臂（3）的一端与所述第一电极（1）连接，每个所述热电偶臂（3）的另一端与所述第二电极（2）连接，各个所述热电偶臂（3）间隔设置；
所述第一电极（1）的材料与所述第二电极（2）的材料相同或不同，所述热电偶臂（3）的材料为半导体材料；
所述第一电极（1）围设在所述第二电极（2）的外侧；
所述第一电极（1）、所述第二电极（2）和所述热电偶臂（3）经过退火处理；
所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的数量均为一个；所述热电偶臂（3）均为P型镁银锑热电偶臂，或均为N型碲化铅热电偶臂。
2.如权利要求1所述的热电膜，其特征在于，所述第二电极（2）设有与外部电源连通的导线（4）；
所述第一电极（1）具有供所述导线（4）通过的敞口。
3.如权利要求1所述的热电膜，其特征在于，所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的外表面均为弧形或多边形。
4.如权利要求3所述的热电膜，其特征在于，当所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的外表面均为弧形时，每个所述热电偶臂（3）的长度相同，每个所述热电偶臂（3）沿所述第一电极（1）和第二电极（2）之间的环形区均匀分布。
5.如权利要求3所述的热电膜，其特征在于，当所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的外表面均为弧形时，所述第一电极（1）为环形电极，所述第二电极（2）为环形或圆形的电极。
6.如权利要求1所述的热电膜，其特征在于，所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的材质包括铜、银和金中的至少一种。
7.一种热电器件，其特征在于，包括基底和权利要求1至5任一项所述的热电膜，所述热电膜位于所述基底的表面。
8.一种如权利要求1至6任一项所述的热电膜的制造方法，其特征在于，所述热电膜采用真空蒸镀工艺或磁控溅射工艺制成。
9.如权利要求8所述的热电膜的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
在真空环境中，将电极掩膜板覆盖在基底上将电极材料沉积成第一电极（1）和/或第二电极（2）；
在真空环境中，将热电偶臂（3）掩膜板覆盖在沉积第一电极（1）和第二电极（2）的基底上，将半导体材料沉积成热电偶臂（3），得到所述热电膜。
10.如权利要求8所述的热电膜的制造方法，其特征在于，所述制造方法还包括：在真空环境中，对所述第一电极（1）和所述第二电极（2）进行退火处理，和/或，对所述热电偶臂（3）进行退火处理。
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