DE10230080B4

DE10230080B4 - Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur und Bauelemente mit einer thermoelektrischen Schichtenstruktur

Info

Publication number: DE10230080B4
Application number: DE10230080A
Authority: DE
Inventors: Harald BÖTTNER; Axel Schubert; Joachim Nurnus; Christa KÜNZEL
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Micropelt GmbH
Current assignee: Micropatent Bv Nl; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: DE10230080A1; US6815244B2; US20040102051A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur auf einem Substrat mit mindestens einer elektrisch anisotrop leitenden V-VI Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine V-VI Schicht (11, 11', 11'') mittels einer Seed-Schicht (13, 14) oder mittels einer in der Substratoberfläche erzeugten Struktur relativ zu dem Substrat (10) so angeordnet wird, dass der Winkel (α) zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) der V-VI Schicht (11, 11', 11'') und der Substratoberfläche größer als 0° ist.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur gemäß Anspruch 1 sowie Bauelemente mit einer thermoelektrischen Schichtenstruktur nach Anspruch 18 und Anspruch 19.
Aus der DE 198 45 104 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von thermoelektrischen Wandlern (z. B. Peltier-Kühlern) bekannt. Diese werden vorzugsweise auf Standardwafern der Mikroelektronik, wie z. B. Si/SiO₂ hergestellt. Diesem Stand der Technik kann nicht entnommen werden, wie ein Aufwachsen von thermoelektrischen Materialien, insbesondere von anisotropen V-VI-Materialien wie Bi₂Te₃, erreicht werden kann, dass die bekannte Anisotropie gezielt für den Aufbau von Bauelementen verwendet werden kann.
Von thermoelektrischen Bauelementen aus dem dafür wichtigsten Material Bi₂Te₃ ist bekannt, dass Bi₂Te₃ ausschließlich kristallographisch günstig ausgerichtet verarbeitet wird. Aus den im Folgenden aufgeführten Veröffentlichungen ist weiterhin bekannt, dass mittels Dünnschichttechniken – Sputtern, Molekular-Strahl Beschichtungsverfahren, CVD, PVD etc. – aufgebrachtes Material vorzugsweise mit der c-Achse senkrecht zur Substratoberfläche aufwächst:

Zou, H. et al., "Preparation and characterisation of p-type Sb₂Te₃ and n-type Bi₂Te₃ thin films grown by coevaporation", J., Vac. Sci. Technol. A (2001), Vol. 19, No. 3, pp- 899–903;
Boikov, Yu. et al., "Layer by layer growth of Bi₂Te₃ epitaxial thermoelectric heterostructures", Proceedings 16th International Conference an Thermoelectrics, Dresden, Germany, August 1997, pp. 89–92;
Nurnus, J. et al., "Epitaxial Bismuthtelluride layers grown an (111) Bariumfluoride substrates suitable for MQW-Growth", Proceedings 18th International Conference an Thermoelectrics (ICT), Baltimore, USA, (1999), pp. 696–699;
Venkatasubbramanian, R. et al., "Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit", Nature, Vol. 43, 11. Oct. 2001, pp. 597–602.

Dies ist ungünstig, wenn für den Aufbau von thermoelektrischen Bauelementen Strukturen und Technologien wie in der erwähnten Offenlegungsschrift DE 198 45 104 A1 und wie in der Veröffentlichung Böttner, H. et al., "New Thermoelectric components using Micro-System-Technologies", Proceedings 6th Workshop European Thermoelectric Society (ETS), Freiburg, (2001) beschrieben, verwendet werden sollen.
Aus der GB 807 619 ist zudem ein Verfahren zur Herstellung eines ein- oder polykristallinen V-VI-Materials bekannt.
Bei den bekannten Lösungen ist nachteilig, dass thermoelektrische Bauelemente derzeit nicht auf übliche Substrate mit Dünnschichtmethoden in eindeutig ausgerichteter Weise (z. B. mit der c-Achse parallel zur Substratoberfläche) aufgewachsen werden können. Ziel der Erfindung ist, die bekannte Anisotropie der V-VI-Materialien vorteilhaft für den Aufbau von Bauelementen eindeutig einzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung einer Seed-Schicht oder mittels einer in der Substratoberfläche erzeugten Struktur wird das Wachstum der V-VI Schicht so gesteuert, dass der Winkel zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit der V-VI Schicht und der Substratoberfläche größer als 0° ist. Somit liegt die Richtung der höchsten Leitfähigkeit der V-VI Schicht nicht parallel zum Substrat, was für die Verwendung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur in Bauelementen vorteilhaft ist. Grundsätzlich kann aber auch eine andere Ausrichtung vorteilhaft sein, wobei die Erfindung die gezielte Ausrichtung ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens beträgt der Winkel zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit der V-VI Schicht und des Substrates zwischen 30° und 90°, insbesondere zwischen 85° und 90°.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Seed-Schicht texturiert ausgebildet ist. Unter texturiert wird hier verstanden, dass eine Achse eines die Schicht bildenden Kristalls fest zu einer Bezugsachse oder -fläche angeordnet ist, die anderen Achsen des Kristalls aber beliebig ausgerichtet sein können, insbesondere auch gedreht sein können. In einfacher Weise lässt sich dies bewirken, wenn die Seed-Schicht elektrochemisch abgeschieden wird und unterhalb oder oberhalb der V-VI Schicht angeordnet wird.
Vorteilhaft ist es, wenn mindestens eine Seed-Schicht eine Dicke von weniger als 500 nm, insbesondere von weniger als 100 nm aufweist. Durch die dünne Ausbildung der Seed-Schicht wird ein regelmäßiges Kristallwachstum sichergestellt.
Mit Vorteil wird mindestens eine Seed-Schicht in mindestens zwei räumlich getrennten Bereichen auf dem Substrat angeordnet. Damit lässt sich ein besonders selektives Ätzen ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf der Oberfläche des Substrats ein vertikal strukturiertes Muster aufgebracht, auf dem eine gezielt gerichtete Aufwachsung der V-VI Schicht erfolgen kann.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn vor dem Aufbringen des vertikal strukturierten Musters auf das Substrat, das Substrat um einen Winkel gegenüber der Vertikalen verschwenkt wird. Mit Vorteil wird das Substrat (10) um einen Winkel so verschwenkt, dass die Hauptabscheiderichtung für die V-VI Schicht senkrecht auf einer Startwachstumsfläche des strukturierten Musters steht. Damit kann der Winkel zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit und der Substratebene variiert werden.
Vorteilhafterweise wird dabei die (100)-Oberfläche eines Silizium-Wafers als Substrat zur Erzielung von schrägen Flächen als strukturiertem Muster anisotrop geätzt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn nach Aufbringen der schrägen Flächen eine isolierende Schicht, insbesondere ein thermisches Oxid abgeschieden wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine V-VI Schicht auf einem Substrat angeordnet, darüber wird dann eine Top-Seed Schicht angeordnet und anschließend erfolgt eine Temperung, so dass eine Ausrichtung der V-VI Schicht dermaßen erfolgt, dass sich ausgehend von der Top-Seed Schicht eine Ausrichtung der zuvor regellosen Schicht in Richtung der kleinsten oder in Richtung der größten Leitfähigkeit im wesentlichen senkrecht zum Substrat ergibt.
Vorteilhafterweise wird die Ausrichtung der Richtung der höchsten Leitfähigkeit durch Anlegung eines elektrischen Feldes unterstützt.
Die Aufgabe wird auch durch ein Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Ein solches Bauelement, insbesondere ein Peltier-Kühler, einem Thermogenerator oder einem Thermopile (Wandler von thermischer Strahlung in elektrische Spannung), weist eine thermoelektrischen Schichtenstruktur auf, die nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Die Aufgabe wird auch durch ein Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst, bei dem mindestens eine V-VI Schicht mittels der Seed-Schicht bzw. einer Struktur in der Substratoberfläche so angeordnet ist, dass der Winkel zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit der V-VI Schicht und der Substratoberfläche (10) größer als 0°, insbesondere im wesentlichen 90° ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1a Wachstum einer Bi₂Te₃ Schicht auf einem strukturierten Substrat;
1b Wachstum einer Bi₂Te₃ Schicht auf einem unstrukturierten Substrat gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 anisotrop geätztes Substrat gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3a Neigung eines strukturierten Substrates als erster Schritt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3b Abscheidung von Bi₂Te₃ auf dem geneigten Substrat als zweiter Schritt der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4a erster Schritt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4b zweiter Schritt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bauelements mit Bi₂Te₃ als V-VI Material beschrieben. Grundsätzlich sind aber auch andere V-VI Materialien, insbesondere (Bi, Sb)₂(Te, Se)₃ Verbindungen verwendbar.
Ausführungsform 1:
Insbesondere für n-dotieres Bi₂Te₃ mit stark anisotroper elektrische Leitfähigkeit mit einem Faktor vier zwischen der a-Achsen/c-Achsen-Richtung (siehe 1a und 1b) ist der Start des Wachstums mit einer Schicht der höchsten elektrischen Leitfähigkeit in Wachstumsrichtung, also parallel zur a-Achse für die Nutzung in oben erwähnten Bauelementen wichtig. Die Bauelemente werden nach der Herstellung so betrieben, dass die Stromrichtung im wesentlichen senkrecht zum Substrat 10 liegt, so dass die Ausrichtung der Stromleitfähigkeit wichtig ist.
Gerichtetes Wachstum gelingt mit einer elektrochemischen Startschicht, die in Richtung höchster Leitfähigkeit (a-Ebene von Bi₂Te₃) senkrecht zu bestimmten Substraten bei Einhaltung bestimmter experimenteller Bedingungen wächst. Dies ist aus den folgenden Veröffentlichungen bekannt:
Fleurial, J. P. et al., "Development of thick film thermoelectric microcoolers using electrochemical deposition", Mat. Res. Soc. Symp. (1999), Vol. 545, pp. 493–500;
Magri, P. et al., "Synthesis, properties and performances of electrodeposited bismuth tellurid films", J. Mater. Chem., 1996, 6(5), pp. 773–779.
Die weiteren Schichten wachsen z. B. beim Einsatz von physikalischen Beschichtungsverfahren wie etwa Sputterverfahren, in der Art eines topotaktischen Wachstums in der vorgegebenen Richtung weiter. Das Ergebnis ist ein Material für die Nutzung der Bauelemente entsprechend dem in der erwähnten Offenlegungsschrift beschriebenen Aufbau.
In 1a ist schematisch das Wachstum von Bi₂Te₃ auf einem kristallographisch angepassten Substrat aus Bariumfluorid dargestellt. Das Substrat 10 hat wie das thermoelektrische Halbleitermaterial eine hexagonale Anordnung der Atome in der entsprechenden Oberfläche. Das Material wird also bei passender Prozessführung vorzugsweise in gleicher kristallographischer Ordnung wegen der so vorgegebenen Strukturbeziehung anwachsen. In Wachstumsrichtung der c-Achse hat das Material eine elektrische Leitfähigkeit σ_c, die um einen Faktor vier schlechter ist als die Leitfähigkeit σ_a parallel zur Oberfläche des Substrates, damit also senkrecht zur Wachstumsrichtung.
Somit beträgt der Winkel α zwischen der Richtung mit der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) und dem Substrat 10 0°, d. h. die Leitfähigkeit ist parallel zum Substrat 10 am größten, was unerwünscht ist. Der Winkel α wird hier als kleinster Winkel zwischen der a-Achse und der Ebene des Substrates 10 in Richtung der Projektion der a-Achse auf die Ebene verstanden, d. h. der Winkel kann zwischen 0° und 90° liegen.
Der Betrieb eines auf einem solchen Substrat aufgebauten Bauelementes erfolgt entsprechend der DE 198 45 104 A1 vorzugsweise in Wachstumsrichtung der c-Achse. Dies ist in Bezug auf die notwendige Ausnutzung guter elektrischer Leitfähigkeit ungünstig. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in 1a und allen weiteren Fig. auf die Darstellung der Metallkontakte für die Bauelemente verzichtet.
Soll entsprechend die Richtung bester elektrischer Leitfähigkeit für den Betrieb eines Bauelementes aus diesem anisotropen Material genutzt werden, muss das Wachstum auf einem Substrat so erfolgen, dass das Material in Richtung der a-Achse wächst.
Nach der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt dieses Wachstum vorzugsweise auf einem Substrat ohne Strukturbeziehung, indem zunächst eine thermoelektrische Bottom-Seed Schicht 14 elektrochemisch abgeschieden wird, was in 1b dargestellt ist. Diese Schicht wird hier als Bottom-Seed Schicht 14 bezeichnet, da sie unterhalb der V-VI Schicht 11 angeordnet ist. In der vierten Ausführungsform (4a, 4b) wird eine Top-Seed Schicht 13 verwendet, die oberhalb der V-VI Schicht 11 angeordnet ist. Wichtig ist, dass beide Seed-Schichten 13, 14 dazu dienen, die Ausrichtung des Wachstums der V-VI Schicht 11 in Richtung der a-Achse zu steuern. Die Seed-Schichten 13, 14 sind dabei dünn ausgebildet, d. h. weniger als 500 nm, insbesondere weniger als 100 nm. Die Seed-Schichten 13, 14 können aus dem gleichen Material bestehen, wie das Substrat, wobei die Kristallstruktur anders ausgebildet ist.
Die Bottom-Seed Schicht 14 wird sich vorzugsweise in Richtung maximaler elektrischer Leitfähigkeit orientieren, d. h. der a-Achse. Der Winkel α zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) und dem Substrat 10 beträgt hier im Idealzustand 90°, bei herstellungsbedingten Abweichungen beträgt er immer noch im wesentlichen 90°.
Damit entsteht in Bezug auf die oben erwähnte Nutzrichtung die Schicht bester thermoelektrischer Eigenschaften. Bei damit durch die Bottom-Seed Schicht 14 vorgegebene Orientierung richtet sich nachfolgend abgeschiedenes Material nach dieser Orientierung. Diese nachfolgende Abscheidung kann mit üblichen PVD- oder CVD-Methoden durchgeführt werden.
Ausführungsform 2:
In einer zweiten Ausführungsform wird die üblicherweise plane Substratoberfläche, siehe auch die DE 198 45 104 A1 , durch ein regelmäßiges Höhenmuster, d. h. ein vertikales Muster strukturiert. Dazu wird z. B. die Oberfläche des (100)-Si-Wafers anisotrop trocken oder nassgeätzt, um z. B. ein dachziegelförmiges Muster mit vielen schrägen Flächen zu erzielen. Dies ist in schematischer Weise in 2 dargestellt. Als Ergebnis bilden sich gegeneinander geneigte Strukturen. Nach der Ätzung wird ein Isolator auf dem Silizium abgeschieden, z. B. thermisches Oxid. Die Ätztiefe wird im Bereich von sub-μm bis μm liegen. Als Ätzmittel dient z. B. 0,01 n HNO₃.
Die geneigten Flächen bewirken nach dem bekannten Stand der Technik ein Aufwachsen der c-Achse der Bi₂Te₃ Kristalle 11 senkrecht zu diesen geneigten Flächen. Das weitere Schichtwachstum der V-VI Schicht richtet sich dann nach dieser ersten Wachstumsschicht aus. Dies bewirkt schließlich, dass in Bezug auf die ursprüngliche Substratoberfläche sich die Bi₂Te₃ Kristalle im Wesentlichen um den Atzwinkel gekippt ausrichten. Der Winkel α zwischen der a-Achse und der Ebene des Substrats 10 ist größer als 0° und kleiner als 90°, im vorliegenden Beispiel ca. 30°.
Dies stellt für die thermoelektrische Effektivität des Materials in Richtung senkrecht zur ursprünglichen Substratoberfläche eine deutliche Verbesserung dar.
2 zeigt schematisch das gerichtete Wachstum mit Hilfe des anisotrop geätzten Substrates 10. Auf die Darstellung des Anwachsens in den Ätzvertiefungen wurde für diese schematische Darstellung verzichtet.
Ausführungsform 3:
In der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die üblicherweise plane Oberfläche des Substrates 10 wie in der zweiten Ausführungsform durch ein regelmäßiges Höhenmuster strukturiert, wobei aber das Substrat 10 gegenüber der Senkrechten um einen Winkel β gekippt ist. Analog zur zweiten Ausführungsform wird die Oberfläche des (100)-Si-Wafers anisotrop trocken oder nassgeätzt, um z. B. ein dachziegelförmiges Muster zu erzielen, wie dies in 3a und 3b dargestellt ist.
In 3a ist eine mit Schrägen versehenes Substrat 10 dargestellt (analog 3), das um einen Winkel β gegenüber der Senkrechten verschwenkt ist.
Die Hauptrichtung X der nachfolgenden Abscheidung der Bi₂Te₃ Kristalle 11 (siehe 3b) liegt senkrecht, d. h. in die Schrägen hinein. Die Hauptabscheidungsrichtung X steht senkrecht auf einer Startwachstumsfläche 12 der aufgebrachten Struktur.
Nach der Ätzung wird ein Isolator auf dem Silizium abgeschieden z. B. thermisches Oxid. Die Ätztiefe wird im Bereich von sub-μm bis μm liegen.
Durch das Schrägen-Muster unterscheidet sich der Winkel α zwischen dem Substrat 10 und der a-Achse von denen der zweiten Ausführungsform. Als Ergebnis bilden sich Strukturen mit vorzugsweise einem rechten Winkel an der Spitze und Verhältnissen der Schenkel zueinander von vorzugsweise > 2:1.
Die so geneigten Flächen bewirken nach dem bekannten Stand der Technik ein Aufwachsen von Bi₂Te₃ Kristalle 11 wie eingezeichnet, wenn der Wafer während des Schichtwachstums von Bi₂Te₃ so geneigt eingebaut wird, dass die Hauptabscheiderichtung X senkrecht auf der Startwachstumsfläche 12 steht. Dies bewirkt schließlich, dass in Bezug auf die ursprüngliche Substratoberfläche sich die Kristalle gekippt ausrichten. Nach einer solchen Ausrichtung des Wachstums in einer Startfläche wachsen die weiteren Schichten mit der vorgegebenen Richtung weiter. Damit kann nach der Ausrichtung dieser Struktur als Seed-Schicht der Wafer in die optimale Ausrichtung für ein schnelles Wachstum geneigt werden. D. h. der Wafer wird vorzugsweise mit seiner ursprünglichen Oberfläche senkrecht zur Hauptrichtung der Abscheidung ausgerichtet. Dies stellt im Vergleich zu dem in 1a gezeichneten üblichen Wachstum für die thermoelektrische Effektivität des Materials in Richtung senkrecht zur ursprünglichen Substratoberfläche eine deutliche Verbesserung dar. Durch die Wahl des Winkels β kann die Richtung der a-Achse in weiten Grenzen beeinflusst werden. Es lassen sich Neigungswinkel α im Bereich von größer 0° bis 90° erzielen.
Ausführungsform 4
Die vierte Ausführungsform ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform, da ebenfalls von einem unstrukturierten Substrat 10 ausgegangen wird.
Es wird dann zunächst eine ungeordnete Schicht des thermoelektrischen Materials, z. B. aus Bi₂Te₃ abgeschieden, wie z. B. in dem oben zitierten Artikel von Böttner et al. beschrieben. Solche Schichten aus dem thermoelektrischen Material (z. B. Bi₂Te₃) lassen sich z. B. auf Schichten, wie von Nurnus et al. beschrieben abscheiden.
Um dies für eine Ausrichtung des thermoelektrischen Materials nach einem regellosen Wachstum zu nutzen, wird nach einigen wenigen sub-μm bis μm Aufsputtern von Bi₂Te₃ eine kristallographisch ausgerichtete Top-Seed Schicht 13 abgeschieden, wobei anschließend getempert wird.
Bei dem Tempervorgang richtet sich die thermoelektrische Schicht von oben beginnend an der Top-Seed Schicht 13 nach unten aus. Dann wird die Top-Seed Schicht 13 abgeätzt, und es wird weiter Bi₂Te₃ aufgesputtert. Die weiteren Schichten wachsen dann entsprechend der durch die Top-Seed Schicht 13 vorgegebenen Ausrichtung.
In 4a ist der Zustand vor dem Tempern dargestellt. Auf dem Substrat 10 ist die Bi₂Te₃ Schicht 11' angeordnet, über der die Top-Seed Schicht 13 angeordnet ist. Die Bi₂Te₃ Schicht 11' ist in diesem Zustand noch nicht in Richtung der elektrischen Leitfähigkeit ausgerichtet.
Dies erfolgt nach dem Tempern, was in 4b dargestellt ist. Die a-Achse der besseren elektrischen Leitfähigkeit in der Bi₂Te₃ Schicht 11'' liegt dann im wesentlichen senkrecht zum Substrat 10, wie analog in 1b dargestellt. Das Tempern erfolgt in einem Temperaturbereich von 250 bis 500 °C, bevorzugt bei 300°C. Die Dauer des Tempern hängt von der Schichtdicke ab, so dass Temperdauern von einer halben Minute bis ca. zehn Tagen möglich sind. Eine vorteilhafte Temperdauer beträgt ca. 5 h bei 300°C.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.

10: Substrat
11, 11', 11'': Bi₂Te₃ Schicht
12: Startwachstumsfläche
13: Top-Seed Schicht
14: Bottom-Seed Schicht
a-Achse Richtung: der maximalen elektrischen Leitfähigkeit
c-Achse Richtung: der minimalen elektrischen Leitfähigkeit
α: Winkel zwischen der Richtung der maximalen elektrischen Leitfähigkeit und der Ebene des Substrates
β: Winkel des Substrates gegenüber der Vertikalen
σ: elektrische Leitfähigkeit

Claims

Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Schichtenstruktur auf einem Substrat mit mindestens einer elektrisch anisotrop leitenden V-VI Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine V-VI Schicht (11, 11', 11'') mittels einer Seed-Schicht (13, 14) oder mittels einer in der Substratoberfläche erzeugten Struktur relativ zu dem Substrat (10) so angeordnet wird, dass der Winkel (α) zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) der V-VI Schicht (11, 11', 11'') und der Substratoberfläche größer als 0° ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch anisotrop leitende V-VI Schicht eine (Bi, Sb)₂ (Te, Se)₃ Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) der V-VI Schicht (11, 11', 11'') und des Substrates (10) zwischen 30° und 90° beträgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) der V-VI Schicht (11, 11', 11'') und des Substrates (10) zwischen 85° und 90° beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seed-Schicht (13, 14) texturiert ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seed-Schicht (13, 14) eine Dicke von weniger als 500 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seed-Schicht eine Dicke von weniger als 100 nm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seed-Schicht (13, 14) in mindestens zwei räumlich getrennten Bereichen auf dem Substrat (10) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seed-Schicht (13, 14) elektrochemisch abgeschieden wird und unterhalb oder oberhalb der V-VI Schicht (11, 11', 11'') angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Substrats (10) ein vertikal strukturiertes Muster aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des vertikal strukturierten Musters auf das Substrat (10), das Substrat (10) um einen Winkel (β) gegenüber der Vertikalen verschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) um einen Winkel (β) so verschwenkt wird, dass die Hauptabscheiderichtung (X) für die V-VI Schicht (11, 11', 11'') senkrecht auf einer Startwachstumsfläche (12) des strukturierten Musters steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die (100)-Oberfläche eines Silizium-Wafers als Substrat (10) zur Erzielung von schrägen Flächen als strukturiertem Muster anisotrop geätzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Aufbringen der schrägen Flächen eine isolierende Schicht abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die als isolierende Schicht ein thermisches Oxid abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens eine V-VI Schicht (11') auf einem Substrat (10) angeordnet wird, b) darüber eine Top-Seed Schicht (13) angeordnet wird und c) anschließend eine Temperung erfolgt, so dass eine Ausrichtung der V-VI Schicht (11'') dermaßen erfolgt, dass sich ausgehend von der Top-Seed Schicht (13) eine Ausrichtung der Richtung der größten Leitfähigkeit (a-Achse) oder der kleinsten Leitfähigkeit (c-Achse) im wesentlichen senkrecht zum Substrat (10) ergibt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Richtung der höchsten Leitfähigkeit durch Anlegung eines elektrischen Feldes unterstützt wird.
Bauelement, insbesondere ein Peltier-Kühler, ein Thermogenerator oder ein Thermopile, mit einer thermoelektrischen Schichtenstruktur hergestellt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüche 1 bis 17.
Bauelement mit einer thermoelektrischen Schichtenstruktur auf einem Substrat mit mindestens einer elektrisch anisotrop leitenden V-VI Schicht, gekennzeichnet durch eine Seed-Schicht (13, 14) oder eine Struktur in der Substratoberfläche, wobei die mindestens eine V-VI Schicht (11, 11', 11'') mittels der Seed-Schicht (13, 14) bzw. der Struktur in der Substratoberfläche relativ zu dem Substrat (10) so angeordnet ist, dass der Winkel (α) zwischen der Richtung der höchsten Leitfähigkeit (a-Achse) der V-VI Schicht (11, 11', 11'') und der Substratoberfläche (10) größer als 0° ist.