CN1173742A - 热电半导体及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种热电半导体,它包括:烧结的半导体层(13);金属层(14,14);以及利用电极连接材料(20)经所述金属层(14,14)与所述烧结半导体层(13)连接的电极(21,22);其中通过将半导体粉末层(4)和所述半导体粉末层(4)相对端面上的金属层(1,1)一起烧结以获得所述烧结半导体层(13)和所述金属层(14,14)。
Description
本发明涉及用于例如热电冷却设备或者发电设备中的热电半导体及其制造工艺。本发明特别涉及由烧结压块形成的热为电半导体及其制造工艺。
为了在热电冷却等设备中用作为热电半导体使用，对生长成单晶的Bi2Te3系材料进行了加工和处理。这些加工和处理程序包括将Bi2Te3系半导体单晶切割成厚度符合设备要求的圆片状热电半导体并腐蚀其表面。这种腐蚀处理去除了在切割时形成的表面细裂缝和改性处理的氧化层，还使得与下面将要描述的Ni镀层有足够的键合强度。每块热电半导体都被划分为单块半导体芯片。随后利用低熔点焊剂(例如Pb-Sn共晶合金)将每块半导体芯片与电极连接起来。
另一种工艺是利用喷砂法使上述类型的半导体圆片表面粗糙，并将Ni粉热喷射到这粗糙的表面上。接着对表面进行抛光，并将圆片状的热电半导体划分为单块半导体芯片，利用焊剂将其与电极连接起来。
由于半导体单晶的机械强度较差并且生长周期长，所以前一种工艺的产率较低。由此带来的是较高的制造成本。另一方面，后一种工艺也同样有机械强度和制造成本方面的问题。此外，在每一半导体层上都形成有改性处理层，热喷散的Ni层密度达不到要求并且在连结的界面处含有氧化物和杂质，从而引起性能的降低。
从降低成本的角度出发，现正研究热电半导体的粉末烧结制造工艺。按照该类工艺，半导体原料的粉末混合物被烧结成40mm×30mm×30mm大小的块。块按照符合设备要求的半导体芯片的厚度切割，由此得到圆片状的热电半导体。每块圆片状热电半导体经过表面腐蚀处理和镀膜处理，随后划分为单块半导体芯片。每块半导体芯片用焊剂与电极连接起来。
但是这类普通的粉末烧结工艺存在的问题是腐蚀处理破坏了烧结的晶粒间界，即使镀Ni，其与电极的键合强度也没有晶体的高，因此，最终降低了热电半导体的可靠性。
同时，在圆片状热电半导体经过表面腐蚀处理并加工和处理成半导体芯片之后还要进一步将每块芯片通过特制的Pn-Sn系焊剂直接与电极连接起来[参见”Netsuden Henkan Shisutemu Gijyutsu Souran(Comprehenive Bibliography ofTechnologies on Thermoelectric Conversion System)”，pages 24-28，The Realize Co.，Ltd.]。但是Pb-Sn系焊剂存在的问题是在使用期间它会与半导体材料发生反应从而逐步降低半导体的性能。
因此本发明的第一个目标是避免已有技术中出现的上述缺陷和问题并提供一种性能和可靠性出众的热电半导体。
本发明的第二个目标是提供这种热电半导体的制造工艺。
为实现第一个目标，本发明提供一种热电半导体，其特征在于包括：
烧结的半导体层；
例如由铜、铝等组成的金属层，所述金属层分布于所述烧结半导体层的相对端面从而阻止诸如焊剂之类的电极连接材料在随后组装所述热电半导体过程中与所述烧结半导体层发生反应；以及
利用电极连接材料经所述金属层连接所述烧结半导体层的电极；
其中通过将如BiTe系这样的半导体粉末层和位于所述半导体粉末层相对端面上的金属层一起烧结以获得所述烧结半导体层和所述金属层，随着所述的烧结过程从所述半导体粉末层获得的所述烧结半导体层位于所述电极的相对位置。
为了实现第二目标，本发明提供了一种制造热电半导体的工艺，其特征在于包括以下步骤：
使熔融状的半导体材料如Bi-Te材料淬火以获得盘状半导体小颗粒；
在组装所述热电半导体之前将所述半导体颗粒填入由铜、铝等组成的金属片之间，从而阻止诸如焊剂之类的电极结合材料与由烧结所述半导体颗烧而成的烧结半导体层之间发生反应；
将所述半导体颗粒沿着垂直于所述金属片的方向压缩从而在所述金属片之间形成半导体粉末层；
将所述半导体粉末层和所述金属片一起烧结，由此获得了带着连接二个相对端面上的金属层的所述烧结半导体层；以及
利用所述电极结合材料经所述金属层将所述烧结半导体层与电极连接起来。
图1为本发明一个实施例的热电半导体剖面图；
图2为热电半导体制造中采用的金属片剖面图；
图3为带金属片的模具和半导体粉末填充层的剖面图，它示出了热电半导体的烧结方法；
图4为表示半导体粉末淬火工艺的示意图；
图5为淬火工艺制造的盘状半导体颗粒的放大示意图；
图6为表示模具内盘状半导体颗粒填充状态的放大示意图；
图7为用来将金属片和半导体粉末层一起烧结的等离子体烧结炉的部分简化结构图；
图8为表示按照本发明另一实施例的p型Bi-Te系烧结压块EDX(能量色散x射线)谱仪分析结果的特性图；
图9为表示按照本发明另一实施例的n型Bi-Te系烧结压块EDX谱仪分析结果的特性图；
图10为表示反应层张力强度与厚度函数关系的特性图；
图11为表示反应层接触电阻与厚度函数关系的特性图；
图12为表示金属片改进例的剖面图；
图13为描述制造热电半导体的改进的烧结方法的剖面图；以及
图14为热电半导体器件的剖面图。
按照本发明，如上所述，金属层插在半导体材料烧结层与每个电极连结材料之间。因此可以防止半导体材料与电极连结材料发生反应，从而避免了性能的下降。
半导体材料的烧结层与金属层一起烧结使得在它们之间形成良好的连结。而且由于是粉末烧结，所以半导体具有极高的机械强度，由此可以提高可靠性。
相对于烧结半导体层与电极连结的端面被金属层覆盖和保护，并且经相应的金属层与电极连接起来而不用切割半导体层或者经过喷砂处理。这样就不会在烧结半导体层上形成改性处理层，因而不会使性能降低。
而且当熔融的半导体材料淬火时，以带状方式形成了小盘状半导体颗粒并将其填充于金属片之间，大多数的半导体颗粒必需在层内逐个堆积起来。因此大多数的半导体颗粒以垂直于金属片的a轴为取向，即朝向电极(沿着电流穿过半导体层的方向)，从而可以获得具有较高质量因数(Z)的半导体层。
如图2所示，采用合适的薄膜形成工艺(例如镀膜、溅射或真空蒸发)在厚度为100-300微米并且由铜、铝等组成的金属片1表面上形成了材料的表面处理层(即使与半导体、镍等反应，它对半导体性能的下降影响也不大)，其厚度在20微米以下，例如介于5-10微米之间。虽然在本实施例中表面处理层2形成于金属片1一侧，但是比较好的是这种表面处理层形成于金属片1的两侧。
如图3所示，如上制备的两块金属片1，1排放在烧结模具3内并使表面处理层2位于内侧。通过淬火工艺制备的盘状半导体颗粒层4(下文中称为半导体粉末层4)排放于两块金属片1，1之间。
构成本发明热电半导体材料的实例包括多种半导体材料，例如铋(Bi)-碲(Te)系半导体材料、锑(Sb)-碲(Te)系半导体材料、铅(Pb)-碲(Te)半导体材料和铋(Bi)-锑(Sb)系半导体材料。特别有用的是Bi-Te、Bi-Sb-Te、Bi-Sb-Te-Se、Bi-Te-Se、Bi-Sb等。
在该实施例中，将Se，Te等作为掺杂剂加入的(Bi2Te3)x(Sb2Te3)1-x(x：介于0.20-0.30之间)可以用作p型半导体。对于n型半导体，可以采用三元合金(Bi2Te3)y(Bi2Se3)1-x(y：介于0.75-0.90之间)或者在三元合金中加入(Sb2Te3)的合金系，所述三元合金或合金系包括卤化物掺杂剂，例如作为掺杂剂的SbI3。
如图4所示，这种半导体材料的熔融物从喷嘴5喷射到高速旋转的冷却鼓6上，从而使熔融物迅速冷却。熔融的半导体材料沿着最终层的厚度方向冷却和固化下来，从而使晶体沿着层厚方向生长。由此获得薄带8，其结构为晶体具有沿着箭头方向的a-轴(晶轴)7并且于层厚方向一致。
在该实施例中，半导体材料的熔化方法采用感应加热法，喷嘴5的直径为0.5毫米，喷射压力为0.2kg.f/cm2，冷却鼓6的材料为铜，转速为1000rpm，而线速度为16m/min，喷嘴5与冷却鼓之间的缝隙为1mm，并且气氛为氩气等惰性气体气氛。
由于带8具有较强的劈裂趋向，所以如图5所示带8很容易断裂成小盘状颗粒9。如图6所示，这些盘状颗粒9在模具3内逐个堆积在一起，从而形成半导体粉末层4。由于它们具有基本相同的形状，所以半导体粉末层4具有较高的堆积密度。
如图3所示，位于模具3内的金属片1，1和半导体粉末层4安排在上下活塞10a，10b之间。如图7所示，它们位于水冷真空腔体11内，并且由未示出的压力机构沿着盘状颗粒9堆积的方向施加预先确定的压力。
与此同时，脉冲电流从烧结直流电源(未画出)馈入越过与上活塞10a相连的上电极12a和与下活塞10b相连的下电极12b，其中在各盘状颗粒9之间产生了焦耳热以使盘状颗粒9烧结。模具3和上下活塞10a，10b可以由导电体，例如石墨、超硬合金、铁或钢等构成。
在上下活塞10a，10b保持一定压力(100-5000kg/cm2)加在盘状颗粒9上并由开关直流脉冲电源(频率为300Hz-302KHz)产生直流烧结功率。持续时间为1-15分钟。由于放电的高能量和脉冲电压瞬时产生的焦耳热，颗粒之间的温度迅速上升，随后通过最终的颗粒结合部分淬火作为热扩散的结果。由于在观察烧结过程时，所加脉冲电压使得能够控制所加的能量，所以实现了极佳的烧结控制能力，换句话说，通过控制可以降低晶粒生长中的烧结微结构。
在以开关方式重复施加电压下，压缩半导体粉末层4内的放电点(局部高温度发生点)遍及整个半导体粉末层。因此可以获得质量均匀的烧结压块。
而且在脉冲电流形成的电场作用下，离子快速移动。由此可以有效去除氧化物和半导体粉末层4吸附的气体，从而获得高质量的烧结压块。
图1的剖面图示出了上述获得的烧结压块。在平均厚度为1.6mm并且大多数a轴(晶轴)与烧结块厚度方向一致的烧结半导体层13的上下端面，形成了由铜或铝组成并且平均厚度为0.2-0.3mm的金属层14，14。在金属层14，14的内侧，分别排列有由镍构成并且平均厚度为0.001-0.01mm左右的表面处理层12，12。而且在表面处理层12，12的内侧分别形成有平均厚度为0.04mm(40微米)或更小厚度的的反应层15，15。这些层都结合在一起。
图8和图9的特性图示出了由EDX完成的p型Bi-Te系烧结压块和n型Bi-Te系烧结压块的分析。它们示出了单个元素Cu，Ni，Bi和Te的分析结果，采用的测量仪器是“FE4200”[型号；日立公司制造的SEM(扫描电子显微镜)]和“EMAX5770XR”[型号；Horiba公司制造的EDX谱仪]，加速电压为20KV。
在每张图中，示出了由Cu组成的金属层14、由Ni组成的表面处理层12和反应层15。反应层15由扩散结合层16(由Ni和Te组成)和富Bi层17构成。图中清楚地表明，由扩散结合层16和富Bi层17构成的反应层15形成于表面处理层12和烧结半导体层13之间。对于富Bi层17的形成机制，考虑到本身存在的Te向扩散结合层16的扩散，由此降低了Te的浓度，从而形成了Bi浓度较高的层17。扩散结合层16与富Bi层17之间的边界有时无需划分得很清楚。
图10的特性图示出了反应层15的平均厚度与烧结半导体层13和金属层14之间张力强度之间的关系。由图可见，随着反应层15厚度的增加，张力强度相应增加。因此可以理解为反应层15的厚度直接影响着张力强度。如果反应层15的厚度小于0.5微米，则反应层15形成得不够充分，从而使张力强度达不到0.7kg/mm2以上，张力强度呈区域分散的数值。大于0.5微米的反应层厚度使张力强度达到0.7kg/mm2以上，张力强度的值基本上不再分散。
图11的特性图描述了反应层15平均厚度与接触电阻变化率(％)之间的关系。由图可见，随着反应层15厚度的增加，接触电阻的变化率也相应增加。因此可以理解为反应层15的厚度直接影响着接触电阻变化率(％)。当反应层15的厚度超过100微米时，接触电阻的变化率(％)变得极高，从而对热电转换性能产生不利影响。就100微米以内的反应层15厚度而言，接触电阻的变化率(％)可以控制在2％以内。
由图10和11可见，将反应层15的平均厚度控制在0.5-100微米范围之内，比较好的是在1-50微米之内，可以得到较高的张力强度并且降低接触电阻的变化率(％)。例如通过调节表面处理层12的预烧结厚度和烧结条件(例如压力、脉冲电压、脉冲电压的施加时间)可以控制反应层的厚度。
作为上述金属片的实例，分别采用了由铜、铝、镍、铁和钽组成的200微米厚的金属片。镍被镀在每块金属片的一侧。烧结以后，在与半导体粉末层相对的端面上排放有各种金属片。对膨胀系数、弹性模量、烧结半导体层内的裂纹以及存在或不存在烧结半导体层与金属层的分离进行了研究。研究结果汇总于表1。
表1
| 金属片材料 | 膨胀系数(×10-6/℃) | 弹性模量(Kgf/mm2) | 是否存在裂纹和分离 |
| 铜 | 18 | 11,000 | 无 |
| 铝 | 23 | 7,000 | 无 |
| 镍 | 13 | 20,000 | 分立 |
| 铁 | 12 | 20,000 | 裂纹，分离 |
| 钽 | 9 | 11,000 | 裂纹，分离 |
由于半导体的膨胀系数介于17×10-6/℃-18×10-6/℃，所以当金属片与烧结半导体层在烧结后一起冷却时，采用由膨胀系数小于上述范围的金属片将使烧结半导体层结合部分附近的张力应力增加。由此会产生裂纹和/或分离。特别是用钽作金属片时，金属片与烧结半导体层之间的膨胀系数差异较大(钽的膨胀系数是烧结半导体层的1/2)，从而产生明显的裂纹和分离。
另一方面，如果是铜或铝作金属片，其膨胀系数等于或大于半导体，所以会在烧结后的烧结半导体层结合部分附近产生压缩应力。烧结半导体层因此被金属层夹持，从而不会产生裂纹和分离。特别是采用铝作金属片，其弹性模量小于其它金属。因此用铝作金属片有好处。金属片材料的实例除了铜和铝以外，还包括以铜为基体加入适量铝的铜铝合金和以铝为基体加入适量铜的铝铜合金。
排列在金属片表面的表面处理层的作用取决于金属片是由铜或铜合金组成还是由铝或铝合金组成。具体而言，当铜作为基体材料时，基体材料与半导体材料直接接触时会发生反应。这导致热电转换性能的下降。因此需要在最终的金属层与半导体材料之间放置表面处理层从而阻止金属层与半导体材料反应。另一方面，当铝作为基体材料时，金属片的表面容易发生氧化。因此需要用表面处理层保护其中一个表面在烧结前免受氧化。当采用厚度例如为0.2-0.3毫米的铝片时，铝片容易经腐蚀处理或机械抛光减薄至0.1-0.15毫米，从而从表面去除氧化物薄膜。随后在其中一个表面上形成表面处理层。
表面处理层要经过与半导体材料的扩散反应，因而要求最终的扩散反应产物热稳定。研究了各种金属材料。由此发现，由于与Ni-Te，Sn-Te，Ti-Te，Fe-Te，Sn-Te，Cr-Te和Mo-Te反应的产物具有较高的熔点和热稳定性，所以应从Ni，Sn，Ti，Fe，Sb，Cr和Mo中至少选择一种元素作为表面处理层的合适材料，而Pb，Bi，Te，Pb-Sn共晶合金等的性能变化较大，因此不是合适的材料。经过研究还发现，就厚度小于1微米范围内的表面处理层而言，Bi和Te的结合可以抑制性能变化。
对于表面处理层的厚度也进行了研究。由于大于20微米的厚度导致与相关的金属层的键合强度降低并且提高了成本，所以表面处理层的厚度局限在20微米以下，比较好的是5-10微米范围内。
图12示出了改进的金属片1。在改进的金属片1中，表面上用机械或化学手段形成了细微的粗糙度。表面处理层2涂覆在粗糙表面上从而提高了烧结后金属层14与表面处理层12之间的键合强度。
当如本实施例那样将金属层放置在半导体粉末层相对侧面上并烧结成厚度符合作为热电半导体的最终烧结压块使用要求的半导体粉末层时，热电半导体要求在厚度方向上具有较好的热电转换性能。Bi-Te系半导体具有裂纹从而当采用机械研磨方法时会形成片状颗粒。当这种片状半导体材料填入模具内时，的颗粒在模具内逐个堆积起来。当烧结这种半导体材料时，晶体在沿着与烧结期间施压方向(即热电半导体的厚度方向)垂直的方向上具有较好的性能，从而使得热电半导体厚度方向上的热电转换性能不是很好。为了利用垂直方向上的上述特性，烧结后的烧结压块沿着垂直于烧结期间的施压方向切割。但是这带来的问题是切割的芯片有机械的和/或工艺的改性层并因此降低了性能。
上述淬火工艺制造的半导体颗粒由盘状颗粒(宽度为5-10mm，长度为10-30mm左右，厚度为10-40微米左右)组成，其晶向a轴基本上沿厚度方向，或者是由方向性较小的球形颗粒组成。这些颗粒可以提供性能高于机械研磨粉末的半导体。
沿烧结期间施压方向的每种半导体芯片品质因数(Z)和张力强度汇总于表2。表中各芯片的构造如下。
半导体芯片A：通过同时烧结盘状颗粒(通过淬火工艺制备)和金属片获得半
导体芯片(本发明的实施例)。
半导体芯片B：通过同时烧结球状颗粒(通过淬火工艺制备)和金属片获得半
导体芯片(本发明的实施例)。
半导体芯片C：通过烧结盘状颗粒(通过淬火工艺制备)，随后在烧结压块的相
对端面上镀Ni获得半导体芯片。
半导体芯片D：通过烧结球状颗粒(通过淬火工艺制备)，随后在烧结压块的
相对端面上镀Ni获得半导体芯片。
半导体芯片E：通过烧结颗粒(通过机械研磨制备)，随后在烧结压块的相对端
面上镀Ni获得半导体芯片。
表2
| 半导体芯片 | 品质因数，Z(10-3/K) | 张力强度(Kgf/cm2) | |
| P-型 | N-型 | ||
| A | 3.1～3.2 | 2.5～2.6 | 1.5～1.8 |
| B | 3.0～3.1 | 2.2～2.3 | 1.2～1.5 |
| C | 3.0～3.1 | 2.4～2.5 | 0.3～1.0 |
| D | 2.9～3.0 | 2.0～2.3 | 0.3～1.0 |
| E | 2.9～3.0 | 1.8～2.1 | 0.3～1.0 |
由表可见，按照本发明实施例的半导体芯片具有极佳的品质因数和张力强度。
借助图13描述改进的烧结方法。按照该改进的方法，表面形成有表面处理层2的金属片1位于模具3的下活塞10b上。半导体粉末层4填充于表面处理层2上，并且另一表面形成有表面处理层2的金属片1位于半导体粉末层4上以形成第一堆积单元。垫片18位于第一堆积单元上，并且另一由金属片1，1和半导体粉末层4构成的堆积单元位于垫片18上。中间填垫片的多个堆积单元(例如6-8对)以上述方式堆放并且随后在预定的压力和电压下进行放电烧结。
诸如石墨、超硬合金、铁或者钢之类的导电体都可以用作垫片材料。在改进的方法中，模具3、上下活塞10a，10b和垫片18都由石墨构成。垫片18的合适厚度为1-5毫米。厚度小于1毫米的垫片机械强度不够，因而容易断裂或者在使用中电流集中于局部，从而导致不均匀的烧结。厚度大于5毫米的垫片难以控制多个堆积单元的温度并且减少了一次处理的堆积单元数量，因而没有发挥放电烧结的优势。
图3或图13工艺获得的烧结压块与作为烧结压块应用形式的半导体芯片有同样的厚度。烧结压块切割成预定的尺寸以获得半导体芯片，并且半导体芯片的上下面通过焊剂与电极连结起来。
图14的剖面图示出了如上方式制备的热电半导体器件，图中示出了表面处理层12、p型烧结半导体层13p、n型烧结半导体层13N、金属层14、反应层15、镀Ni层19、焊剂层20、上电极21和下电极22。
本发明的优点
如上所述，本发明中，金属层插在半导体材料烧结层和电极连结材料之间。因此阻止了半导体材料与电极连结材料之间的反应，从而抑制了性能的下降。
而且，半导体层的烧结层与金属层一起烧结从而使得其间的结合状态较好。而且由于是粉末烧结，所以半导体具有极佳的机械强度。因此改善了半导体的可靠性。
烧结半导体层与电极结合的烧结半导体的相对端面分别由金属层覆盖和保护。由于烧结半导体层经金属层连接到电极上而不用切割半导体层或者进行喷砂处理，所以不会在烧结半导体层上形成机械的和/或工艺的改性层，从而可以抑制性能的降低。
而且，当熔融的半导体材料淬火时，以带状方式形成了盘状半导体小颗粒并且将其填充于金属片之间，大多数的半导体颗粒要求在层内逐个堆积起来。因此大多数的半导体颗粒沿着垂直于金属片的方向的a轴取向，即沿着电极的方向(电流通过半导体层的方向)，从而获得具有较高品质因数Z的半导体层。
Claims (18)
1.一种热电半导体，其特征在于包括：
烧结的半导体层(13)；
金属层(14，14)，所述金属层分布于所述烧结半导体层(13)的相对端面从而阻止电极连接材料(20)在随后组装所述热电半导体过程中与所述烧结半导体层(13)发生反应；以及
利用电极连接材料(20)经所述金属层(14，14)与所述烧结半导体层(13)连接的电极(21，22)；
其中通过将半导体粉末层(4)和所述半导体粉末层(4)相对端面上的金属层(1，1)一起烧结以获得所述烧结半导体层(13)和所述金属层(14，14)，烧结从所述半导体粉末层(4)获得的所述烧结半导体层(13)位于对着所述电极(21，22)的位置。
2.如权利要求1所述的热电半导体，其特征在于所述烧结半导体层(13)包含取向为垂直于所述金属层(14，14)的a轴的半导体颗粒(9)。
3.如权利要求1所述的热电半导体，其特征在于所述金属层(14，14)的膨胀系数至少等于所述半导体烧结层(13)的膨胀系数。
4.如权利要求3所述的热电半导体，其特征在于所述金属层(14，14)由铜、铜合金、铝和铝合金中的一种组成。
5.如权利要求1或4所述的热电半导体，其特征在于进一步包含排列于所述金属层(14，14)和所述烧结半导体层(13)之间的表面处理层(12，12)。
6.如权利要求5所述的热电半导体，其特征在于所述表面处理层(12，12)至少由Ni，Sn，Ti，Fe，Sb，Bi，Cr，Te和Mo中的一种组成。
7.如权利要求5所述的热电半导体，其特征在于每一个所述金属层(14)与相关的表面处理层(12)的连结表面是粗糙的。
8.如权利要求5所述的热电半导体，其特征在于进一步包含插在每个表面处理层(12)与所述烧结半导体层(13)之间的反应层(15)，所述反应层(15)由所述表面处理层(12)材料与所述烧结半导体层(13)材料的反应物组成。
9.如权利要求8所述的热电半导体，其特征在于所述反应层(15)的平均厚度控制在0.5-100微米的范围内。
10.如权利要求8所述的热电半导体，其特征在于每一个所述表面处理层(12)与相关的反应层(15)的连结表面以及每一个所述反应层(15)与所述烧结半导体层(13)的连结表面是粗糙的。
11.一种制造热电半导体的工艺，其特征在于包括以下步骤：
使熔融状的半导体材料淬火以获得盘状半导体颗粒(9)；
在组装所述热电半导体之前将所述半导体颗粒(9)填入金属片(1，1)之间，从而阻止电极连结材料(20)与由所述半导体颗粒(9)烧结而成的烧结半导体层(13)之间发生反应；
将所述半导体颗粒(9)沿着垂直于所述金属片(1，1)的方向压缩从而在所述金属片(1，1)之间形成半导体粉末层(4)；
将所述半导体粉末层(4)和所述金属片(1，1)一起烧结，由此获得了与位于端面上的金属层(14，14)连结在一起的所述烧结半导体层(13)；以及
利用所述电极结合材料(20)经所述金属层(14，14)将所述烧结半导体层(13)与电极(21，22)连接起来。
12.如权利要求11所述的制造工艺，其特征在于所述金属层(14，14)的膨胀系数至少等于所述烧结半导体层(13)的膨胀系数。
13.如权利要求11所述的制造工艺，其特征在于所述金属片(1，1)由铜、铜合金、铝和铝合金中的一种组成。
14.如权利要求11所述的制造工艺，其特征在于每块所述金属片(1，1)的每一侧表面上提供有表面处理层(2)，所述金属片(1，1)与所述半导体材料接触。
15.如权利要求14所述的制造工艺，其特征在于所述表面处理层(2)至少由Ni，Sn，Ti，Fe，Sb，Bi，Cr，Te和Mo中的一种组成。
16.如权利要求14所述的制造工艺，其特征在于在所述烧结步骤中，由所述表面处理层(12)材料与所述烧结半导体层(13)材料的反应产物组成的反应层(15)形成于所述表面处理层(12)与所述烧结半导体层(13)之间。
17.如权利要求16所述的制造工艺，其特征在于所述反应层(15)的平均厚度控制在0.5-100微米的范围内。
18.如权利要求11或14所述的制造工艺，其特征在于以权利要求11所述的金属片(1，1)和半导体颗粒(9)组成堆积单元，每个单元插入垫片形成多个堆积单元，并且随后同时加压力和烧结。
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