FR2977984A1

FR2977984A1 - Generateur thermoelectrique integre, et circuit integre comprenant un tel generateur

Info

Publication number: FR2977984A1
Application number: FR1156417A
Authority: FR
Inventors: Pascal Fornara; Christian Rivero
Original assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Current assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-18
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: US20160056364A1; US20130015549A1; US9177994B2; FR2977984B1; US9490415B2

Abstract

Le générateur thermoélectrique intégré comprend un support et au moins un ensemble de thermocouples électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle, le support comprenant un substrat semiconducteur (SB) et des régions isolantes (RIS), et ledit au moins un ensemble de thermocouples (ENS1) comprenant des régions semiconductrices parallèles ayant chacune un type de conductivité pris parmi deux types de conductivité opposés, dont certaines au moins d'entre elles s'étendent dans le substrat (SB) entre des régions isolantes parallèles (RIS) ou dont certaines au moins d'entre elles s'étendent à cheval au dessus d'une partie du substrat (SB) en étant électriquement isolées de ladite partie de substrat et au dessus d'au moins une partie des régions isolantes (RIS), ou dont certaines au moins d'entre elles sont enrobées d'un matériau isolant (ENR) et s'étendent intégralement au dessus de régions isolantes parallèles ou intégralement au dessus des régions de substrat situées entre lesdites régions isolantes parallèles, lesdites régions semiconductrices étant électriquement reliées en série de façon à former une chaîne de régions ayant alternativement l'un et l'autre des deux types de conductivité.

Description

B11-2078FR 1 Générateur thermoélectrique intégré, et circuit intégré comprenant un tel générateur

L'invention concerne les générateurs thermoélectriques, et plus particulièrement, ceux réalisés en technologie CMOS au sein d'un circuit intégré, et en particulier ceux totalement compatibles avec des technologies de fabrication de mémoires non volatiles dites « embarquées » (« Embedded Non-Volatile Memory »). Les générateurs thermoélectriques comprennent, de façon classique, un support et un ensemble de thermocouples électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle. Des thermocouples thermiquement connectés en parallèle s'entendent comme étant des thermocouples destinés à être tous soumis à un même gradient de température, par exemple lorsqu'une source de chaleur est disposée à une des extrémités des thermocouples, et lorsqu'une source froide est disposée à l'autre extrémité. Il se crée alors aux deux bornes de l'ensemble des thermocouples reliés électriquement en série, une différence de potentiel qui est due à l'effet Seebeck.

Les générateurs thermoélectriques ont fait l'objet de nombreuses publications. On peut notamment citer l'article de Vullers et autres, intitulé « Micropower energy harvesting », Solid-State Electronics 53 (2009) 684-693, l'article de Yang et autres, intitulé « Design and verification of a thermoelectric energy harvester with stacked polysilicon thermocouples by CMOS process", Sensors and actuators A157 (2010) 258-266, l'article de Pin-Hsu Kao et autres, intitulé Fabrication and Characterization of CMOS-MEMS Thermoelectric Micro Generators, Sensors 2010, 10, 1315-1325, l'article de Joao Paulo Carmo et autres, intitulé « A planar thermoelectric power generator for integration in wearable microsystems », Sensors and Actuators A161 (2010), 199-204, l'article de S.M. Yang et autres, intitulé « Development of a thermoelectric energy harvester with thermal isolation cavity by standard CMOS process", Sensors and Actuators A153 (2009), 244-250, l'article de Ziyang Wang et autres, intitulé « Realization of a wearable miniaturized thermoelectric generator for human body applications », Sensors and Actuators A156 (2009), 95-102, l'article de Hélène Lhermet et autres, intitulé « Efficient Power Management Circuit : From Thermal Energy Harvesting to Above-IC Microbattery Energy Storage », IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.43, n°l, Janvier 2008, l'article de Till Huesgen et autres, intitulé « Design and fabrication of MEMS thermoelectric generators with high temperature efficiency", Sensors and Actuators A145-146 (2008), 423-429, l'article de David Koester et autres, intitulé « Embedded thermoelectric coolers for semiconductor hot spot cooling », 2006 IEEE, l'article de Hiromichi Ohta et autres, intitulé « Critical thickness for giant thermoelectric Seebeck coefficient of 2DEG confined in SrTiO3/SrTio.8Nb0.2O3 superlattices", Thin Solid Films 516 (2008), 5916-5920. Tous ces articles décrivent soit les principes généraux des générateurs thermoélectriques basés sur l'effet Seebeck, en utilisant par exemple des supports en céramique, ou bien décrivent des générateurs utilisant des matériaux non compatibles avec des technologies CMOS, tels que des matériaux piézoélectriques, ou encore des générateurs basés sur des procédés technologiques du type MEMS (Micro Electro Mechanical System) et présentant des cavités dans le substrat sous les thermocouples.

Selon un mode de réalisation, il est proposé un générateur thermoélectrique compatible avec les technologies et procédés de fabrication déjà largement utilisés dans le domaine de la microélectronique, en particulier pour la fabrication de mémoires non volatiles embarquées (« Embedded Memory ») selon la dénomination bien connue de l'homme du métier, c'est-à-dire des mémoires qui sont réalisées sur le même circuit intégré que celui contenant un autre composant, par exemple un processeur, par opposition aux modules de mémoires externes qui sont réalisés sur un circuit intégré spécifique externe et différent de celui contenant un processeur. Selon un mode de réalisation, il est proposé d'utiliser des couches de matériau, par exemple de polysilicium, déjà disponibles pour réaliser les cellules-mémoire et sans que le générateur ne nécessite l'adjonction de masques supplémentaires ou d'étapes de procédé supplémentaires par rapport aux procédés de fabrication de cellules-mémoire existants. En variante, il est proposé un générateur dont le procédé de réalisation tout en s'intégrant dans un procédé classique de fabrication de cellules-mémoire, nécessite néanmoins l'adjonction de quelques étapes de procédé supplémentaires, particulièrement simples à mettre en oeuvre. Selon un aspect, il est proposé un générateur thermoélectrique intégré, comprenant un support et au moins un ensemble de thermocouples électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle. Selon une caractéristique générale de cet aspect, le support comprend un substrat semiconducteur, par exemple en silicium, et des régions isolantes, par exemple des tranchées peu profondes connues par l'homme du métier sous la dénomination anglosaxonne STI (Shallow Trench Isolation), et ledit au moins un ensemble de thermocouples comprend des régions semiconductrices parallèles, par exemple des régions de polysilicium dopées N ou P, ayant chacune un type de conductivité pris parmi deux types de conductivité opposés ; certaines au moins de ces régions semiconductrices parallèles peuvent s'étendre dans le substrat entre des régions isolantes parallèles, ou bien certaines au moins de ces régions semiconductrices parallèles peuvent s'étendre à cheval au dessus d'une partie du substrat en étant électriquement isolées de ladite partie de substrat, et au dessus d'au moins une partie des régions isolantes, ou bien certaines au moins de ces régions semiconductrices parallèles sont enrobées d'un matériau isolant et peuvent s'étendre intégralement au dessus de régions isolantes parallèles, ou intégralement au dessus des régions de substrat situées entre lesdites régions isolantes parallèles. Quelle que soit la configuration, lesdites régions semiconductrices sont électriquement reliées en série de façon à former une chaîne de régions ayant alternativement l'un et l'autre des deux types de conductivité.

Selon un mode de réalisation, le générateur comprend également des moyens de connexion électriquement conducteurs assurant la liaison électrique entre les régions semiconductrices, ces moyens de connexion étant situés au dessus du substrat et reliant une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'un des deux types de conductivité, par exemple le type de conductivité N, à une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'autre type de conductivité, par exemple le type de conductivité P. Par exemple, les moyens de connexion sont enrobés dans un matériau isolant et comprennent des pistes métalliques parallèles aux régions semiconductrices connectées auxdites zones d'extrémité par des liaisons électriques verticales, connues par l'homme du métier sous la dénomination de « vias » ou « contacts ». Plusieurs structures sont possibles pour la réalisation de l'ensemble de thermocouples.

I1 est également possible que le générateur comprenne au moins un autre ensemble de thermocouples électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle, tous les ensembles étant mutuellement électriquement et thermiquement connectés en parallèle. Selon un autre aspect, il est proposé un circuit intégré comprenant un substrat semiconducteur et, au dessus du substrat, des niveaux de métallisation. Selon une caractéristique générale de cet autre aspect, le circuit intégré comprend un générateur thermoélectrique tel que défini ci-avant, dont le substrat est une partie du substrat du circuit intégré et dont une partie des liaisons électriques entre les thermocouples comporte des pistes métalliques s'étendant sur au moins un niveau de métallisation ; le circuit intégré comporte par ailleurs des moyens aptes à générer un gradient de température entre les premières zones d'extrémité homologues et les deuxièmes zones d'extrémité homologues de toutes les régions semiconductrices parallèles des thermocouples, et des moyens de sortie électriquement conducteurs couplés audit générateur pour délivrer l'énergie électrique produite par ledit générateur. I1 est également possible que le circuit intégré comprenne des moyens de stockage d'énergie électrique, électriquement couplés aux moyens de sortie électriquement conducteurs. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un circuit intégré selon l'invention incorporant un exemple de générateur selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement un autre exemple de générateur selon l'invention, et - les figures 3 à 15 illustrent plus en détail mais toujours de façon schématique, différents modes de réalisation de générateurs électriques intégrés selon l'invention.

Sur la figure 1, la référence CI désigne un circuit intégré comprenant un substrat SB semiconducteur, par exemple en silicium, au sein duquel et/ou sur lequel est disposé un générateur thermoélectrique GEN comportant un ensemble de ENSI de thermocouples TH;.

Chaque thermocouple TH; comporte ici une région semiconductrice en forme de barreau, de type de conductivité N, référencée RSN;, et une région semiconductrice de type de conductivité P, référencée RSP; également en forme de barreau.

Les deux régions semiconductrices du thermocouple TH; sont parallèles et reliées électriquement à une de leurs extrémités, et l'ensemble des thermocouples TH; sont reliés électriquement en série de façon à former une chaîne de barreaux parallèles ayant alternativement le type de conductivité N et le type de conductivité P. Aux extrémités respectives et homologues des barreaux RSN1 et RSP' appartenant respectivement au premier thermocouple TH1 et au dernier thermocouple TH,,, sont connectés des moyens de sortie électriquement conducteurs MSE, par exemple des pistes métalliques ou un prolongement des barreaux correspondants. Le circuit intégré comprend également des moyens aptes à générer un gradient de température entre les premières zones d'extrémité homologues ZX1 de toutes les régions semiconductrices parallèles des thermocouples, et les deuxièmes zones d'extrémité homologues ZX2 de ces zones semiconductrices parallèles. A titre indicatif, ces moyens peuvent comprendre une source chaude SH et une source froide SF respectivement disposées en regard des zones d'extrémité ZX1 et des zones d'extrémité ZX2. A titre d'exemple, la source chaude SH peut être une partie d'un circuit intégré générant de la chaleur en fonctionnement tandis que la source froide peut être une autre partie du circuit intégré générant une chaleur moins importante, ou bien une absence de composant susceptible de générer de la chaleur. De par l'effet Seebeck, les couples PN soumis à cette différence ou gradient de température vont générer un courant électrique qui va être délivré par les moyens de sortie MSE pour être par exemple stocké dans des moyens de stockage d'énergie électrique MSTK, comportant par exemple un condensateur connecté aux bornes des moyens MSE de façon à former un circuit électrique fermé.

En variante, les moyens MSE peuvent être reliés à une autre partie du circuit intégré de façon à former également un circuit fermé et pouvoir alimenter directement en énergie électrique cette autre partie du circuit intégré.

La puissance de sortie du générateur GEN dépend principalement du nombre de couples PN, de la surface du générateur, de la valeur du gradient de température, et de la nature des matériaux c'est-à-dire de leur coefficient Seebeck.

Les thermocouples de l'ensemble ENSI sont thermiquement connectés en parallèle, c'est-à-dire qu'ils sont connectés de façon à être soumis tous ensemble au même gradient de température. En variante, il est possible, comme illustré sur la figure 2, que le générateur comprenne au moins un autre ensemble de thermocouples, ici un deuxième ensemble de thermocouples ENS2, ayant une structure identique ou différente de celle du premier ensemble ENSI. Là encore, les thermocouples de l'autre ensemble ENS2 sont électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle.

Par ailleurs, les deux ensembles ENSI, ENS2 sont mutuellement électriquement connectés en parallèle, ils sont par ailleurs mutuellement également thermiquement connectés en parallèle, c'est-à-dire que, dans le cas présent, la source chaude SH et la source froide SF permettent d'appliquer à tous les thermocouples de tous les ensembles la différence de température créée par les sources chaude et froide SH et SF. Ceci permet de fournir au niveau des moyens de sortie électriquement conducteurs MSE une plus grande puissance électrique. On va maintenant décrire en se référant aux figures 3 à 15, plusieurs exemples de structures de générateur GEN. Sur la figure 3, le support du générateur GEN comprend un substrat semiconducteur SB, par exemple en silicium, au sein duquel sont ménagées des régions isolantes parallèles RIS, par exemple des régions du type STI (Shallow Trench Isolation).

L'ensemble de thermocouples ENSI est situé dans le substrat SB et comprend des régions semiconductrices parallèles RSN, RSP s'étendant dans le substrat, deux régions semiconductrices voisines RSN, RSP ayant respectivement l'un et l'autre des deux types de conductivité, en l'espèce le type de conductivité N et le type de conductivité P, et sont séparées par une région isolante RIS. L'ensemble est recouvert par une couche isolante CS1, par exemple une couche de nitrure de silicium, elle-même recouverte d'un enrobage isolant, par exemple du dioxyde de silicium SiO2. La réalisation d'un tel générateur est parfaitement compatible avec le procédé de fabrication classique des mémoires embarquées, et ne nécessite aucune modification de procédé ni adjonction de niveau de masque.

L'enrobage isolant ENR est par exemple celui dans lequel sont réalisés les niveaux de métallisation du circuit intégré. A cet égard, et d'une façon générale, quelle que soit la structure de l'ensemble de thermocouple utilisée, le générateur comprend des moyens de connexion électriquement conducteurs assurant la liaison électrique entre les régions semiconductrices des thermocouples, ces moyens de connexion étant situés au dessus du substrat et reliant une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'un des deux types de conductivité, par exemple le type de conductivité N, à une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'autre type de conductivité, par exemple le type de conductivité P. Par exemple, ces moyens de connexion sont enrobés dans le matériau isolant ENR et comprennent des pistes métalliques parallèles aux régions semiconductrices, et connectées auxdites zones d'extrémité par des liaisons électriques verticales, par exemple des contacts ou des vias. Et, de façon à être parfaitement compatible avec des procédés de réalisation classiques de composants, par exemple des mémoires embarquées, les pistes métalliques des moyens de connexion sont situées sur au moins un des niveaux de métallisation du circuit intégré CI. Ceci est illustré plus particulièrement sur la figure 4, qui montre les moyens de connexion du générateur de la figure 3.

Ainsi, la zone d'extrémité ZX1 de la région semiconductrice RSN est électriquement connectée à la zone d'extrémité homologue ZX1 de la région RSP1 par une piste métallique PM enjambant la région isolante RIS séparant ces deux régions RSN1 et RST1, cette piste métallique étant reliée aux zones d'extrémité ZX1 par des vias V. De même, les zones d'extrémité ZX2 des régions RSN1 et RSP2 sont également connectées ensemble par une piste métallique PM enjambant la région RIS séparant ces deux régions RSN1 et RSP2. Cette piste métallique PM est connectée aux zones d'extrémité ZX2 par des vias V. De même, les deux zones d'extrémité ZX1 des régions RSP2 et RSN2 sont connectées de la même façon par une piste métallique PM enjambant la région isolante RIS, cette piste métallique étant connectée aux zones ZX1 par l'intermédiaire de vias V.

Le mode de réalisation de la figure 5 se distingue de celui de la figure 3 et de la figure 4 en ce sens que l'ensemble ENSI de thermocouples comprend d'une part, des premières régions semiconductrices parallèles RSP s'étendant toutes dans le substrat SB et ayant toutes l'un des deux types de conductivité, en l'espèce le type de conductivité P. Deux premières régions semiconductrices voisines RSP sont séparées par une région isolante RIS. L'ensemble de thermocouples comprend d'autre part des deuxièmes régions semiconductrices parallèles RSN s'étendant toutes respectivement au sein des régions isolantes RIS et ayant toutes l'autre type de conductivité, en l'espèce le type de conductivité N. I1 convient de noter ici que ce mode de réalisation présente l'avantage d'offrir un générateur ayant, pour le même encombrement surfacique que celui de la figure 3, un plus grand nombre de couples PN, ce qui permet d'augmenter la puissance électrique délivrée.

Par rapport à un procédé classique de fabrication du type mémoire embarquée, le procédé de fabrication du générateur est légèrement modifié. Plus précisément, après formation des tranchées dans le silicium, et formation sur les parois des tranchées d'une couche d'oxyde tapissant ces dernières, le polysilicium est déposé, dopé in situ, puis le silicium débordant des tranchées est ensuite gravé de façon classique, par exemple par une gravure sèche. Dans le mode de réalisation des figures 6 et 7, le substrat sur lequel est formé le générateur GEN comporte, entre les régions isolantes parallèles RIS, des régions de substrat RSB ayant toutes le même type de conductivité, à savoir ici par exemple le type de conductivité N. Et, l'ensemble ENSI de thermocouples comprend ici au dessus de chaque région de substrat RSB, au moins une paire de régions semiconductrices RSP, RSN, enrobées dans un matériau isolant ENR et ayant respectivement les deux types de conductivité. Plus précisément, dans cet exemple, les régions semiconductrices inférieures RSP des paires ont le type de conductivité P et sont surmontées par les régions RSN qui ont le type de conductivité N. L'enrobage isolant comporte, de façon classique, du nitrure de silicium et du dioxyde de silicium et correspond à l'enrobage classique des mémoires non volatiles à double grilles (dont une est flottante). A cet égard, le procédé de réalisation du thermocouple du générateur GEN de la figure 6 est analogue au procédé de fabrication d'un plan-mémoire à grilles flottantes. Là encore, comme illustré sur la figure 7, des pistes métalliques et des vias permettent de relier électriquement en série les thermocouples. Plus précisément, une première zone d'extrémité ZX1 d'une première région semiconductrice RSP1 est reliée à la première zone d'extrémité homologue ZX10 de la région semiconductrice RSN2 de la paire voisine par des vias V1 et V2 et une portion de piste métallique PM1. Par ailleurs, les deuxièmes zones d'extrémité ZX20 des régions RSN1 et RSN2 sont reliées aux deuxièmes zones d'extrémité homologues ZX2 des régions RSP1 et RSP2 par des vias V3, V4, V5, V6 et des portions de pistes métalliques PM2, PM3. I1 convient de noter ici que tout comme dans le mode de réalisation de la figure 3, la portion PM1 enjambe la région isolante RIS séparant les deux paires de régions semiconductrices RSP1, RSN1 et RSP2, RSN2. I1 serait également possible, en variante, que les paires de régions semiconductrices soient situées non pas au dessus des régions de substrat mais au dessus des régions isolantes RIS. C'est le cas notamment dans le mode de réalisation de la figure 8, dans lequel l'ensemble ENSI de thermocouples du générateur GEN comprend en outre des régions semiconductrices parallèles RSNA, RSPA s'étendant dans le substrat, et ayant respectivement et alternativement l'un et l'autre des deux types de conductivité (N et P) en étant séparés par des régions isolantes parallèles RIS. Et, comme indiqué ci-avant, outre ces régions de substrat RSNA, RSPA, l'ensemble ENSI comporte, au dessus de chaque région isolante, une paire de régions semiconductrices RSPBi et RSNBi enrobées dans un matériau isolant ENR et ayant respectivement les deux types de conductivité N et P. Ainsi, par rapport au mode de réalisation de la figure 6, et pour un même encombrement surfacique, le générateur GEN de la figure 8 présente un nombre de couples PN augmenté par rapport au nombre de couples PN du générateur de la figure 6. Là encore, le générateur de la figure 8 est parfaitement compatible avec des procédés de fabrication de mémoire non-volatile embarquée. Les moyens de liaison électrique entre les différents éléments des différents thermocouples sont illustrés schématiquement sur la figure 9. Plus précisément, une première zone d'extrémité ZX1 de la région semiconductrice RSPB1 située au dessus de la région isolante RIS est reliée à la première zone d'extrémité homologue ZX10 de la région RSNB1 par des vias V1 et V2 et une portion de lignes métalliques PM 1. La deuxième zone d'extrémité ZX20 de la région RNSB1 est reliée à la deuxième zone d'extrémité ZX2A de la région de substrat RSPA par des vias V3 et V4 et une portion de piste métallique PM2.

La continuité électrique entre la région RSPA et la région RSNB2 est assurée par des vias V5 et une portion de pistes métallique PM3, connectant les deux premières zones d'extrémité homologues ZX1A et ZX10 de la région RSPA et de la région RSNB2.

La continuité électrique entre les régions RSNB2 et RSPB2 est assurée par des vias V6 et V7 et une portion de piste métallique PM4 reliant les deux extrémités homologues ZX20 et ZX2 de ces deux régions. La continuité électrique entre la région RSPB 1 et la région de substrat RSNA voisine est assurée, au niveau de leurs deuxièmes zones d'extrémité respectives ZX2 et ZX2A par des vias V8 et V9 et une portion de piste métallique PM5. De même, la continuité électrique entre cette région RSNA et la région semiconductrice RSPB de la paire voisine est assurée par un via V10 et une portion de piste métallique PM6 au niveau de la zone d'extrémité ZX1A de la région RSNA. Le mode de réalisation du générateur GEN de la figure 10 diffère ce celui de la figure 8 par le fait que l'ensemble ENSI de thermocouples comprend en outre des régions semiconductrices parallèles s'étendant au sein des régions isolantes RIS. Plus précisément, l'ensemble ENSI de thermocouples comprend, des régions de substrat parallèles RSNA ayant toutes le même type de conductivité, en l'espèce le type de conductivité N, des régions semiconductrices RSPA s'étendant au sein des régions isolantes RIS séparant ces régions de substrat RSNA, et ayant toutes l'autre type de conductivité, à savoir le type de conductivité P, et, au dessus de chaque région de substrat RSNA, des paires de régions semiconductrices parallèles RSPBi et RSNBi enrobées dans un matériau isolant ENR.

Ainsi, un tel mode de réalisation, parfaitement compatible avec la technologie des mémoires non-volatiles embarquées, comporte, par rapport au mode de réalisation de la figure 3, un nombre beaucoup plus important de couples PN pour une même empreinte surfacique, ce qui le rend beaucoup plus efficace en termes d'énergie électrique produite.

Les moyens de connexion électrique entre les différentes parties des différents thermocouples du générateur de la figure 10 sont illustrés schématiquement sur la figure 11. Cette fois-ci, certains de ces moyens s'étendent à la fois sur deux niveaux de métallisation du circuit intégré, à savoir le niveau de métal 1 MET1 et le niveau de métal 2 MET2. Tout comme dans les modes de réalisation précédents, la continuité électrique entre les différents éléments des différents thermocouples connectés en série s'effectue par des vias et des portions de piste métallique connectant deux zones d'extrémité de deux régions semiconductrices ayant les deux types de conductivité opposés N et P. Et, alors que la connexion électrique entre la région RSPB1 et la région RSNA s'effectue par une portion de piste métallique PMI située au niveau de métal MET1, la connexion électrique entre la région RSNB1 et la région RSPA encapsulée dans la région isolante RIS s'effectue notamment par trois portions de pistes métalliques PM2, PM3, PM4 situées aux niveaux de métallisation MET1 et MET2. La partie inférieure droite de la figure 11 montre la connexion entre une portion de piste métallique PM et une région semiconductrice RSPA encapsulée dans une région RIS par l'intermédiaire d'un via V traversant la région RIS pour venir contacter la région RSPA. Les autres continuités électriques des régions illustrées sur la figure 11 comportent notamment des portions de piste métallique PM4, PM5, PM6, PM7, PM8. Comme il a été indiqué ci avant en référence à la figure 2, il est possible de connecter électriquement en parallèle deux ensembles de thermocouples. Un exemple d'une telle réalisation est illustré sur la figure 12. Sur cette figure, le générateur GEN comprend par exemple l'ensemble de thermocouples ENSI illustré sur les figures 3 et 4, et l'ensemble de thermocouples ENS2 illustré sur les figures 6 et 7.

Le silicium est un très bon conducteur thermique, de telle sorte que les deux niveaux de température présents respectivement aux deux extrémités des thermocouples et initialement différents peuvent rapidement s'égaliser, ce qui stoppe alors la génération de puissance électrique. Alors que dans l'art antérieur, des solutions ont été proposées, n'utilisant pas de silicium ou utilisant des technologies du type MEMS de façon à créer des cavités, le mode de réalisation de la figure 13 permet, d'une façon générale, notamment par l'utilisation de polysilicium, de retarder l'équilibre des températures tout en restant compatible avec des technologies de fabrication CMOS classiques. Plus précisément, comme illustré très schématiquement sur la figure 13, une partie de l'ensemble de thermocouples ENS du générateur GEN s'étend sur une partie du substrat SB recouverte d'une couche isolante CS1, par exemple une fine couche de dioxyde de silicium, tandis que l'autre partie de l'ensemble de thermocouples s'étend sur une région isolante RIS, plus épaisse que la couche isolante recouvrant le substrat de silicium, cette couche RIS pouvant être une tranchée isolante peu profonde du type STI.

De ce fait, compte tenu que le matériau isolant, généralement du dioxyde de silicium, est un très mauvais conducteur thermique, l'équilibre des températures entre les deux extrémités des thermocouples est retardé, ce qui améliore l'efficacité du générateur. Un exemple plus précis de réalisation est illustré sur les figures 14 et 15. Sur la figure 14, le substrat SB est recouvert d'une couche isolante fine CS1 de dioxyde de silicium. L'ensemble ENSI de thermocouples comporte plusieurs paires parallèles de régions semiconductrices parallèles RSNi, RSPi ayant respectivement les deux types de conductivité N et P, ces paires s'étendant à cheval sur la couche isolante CS1 et sur la région isolante RIS plus, épaisse que la couche isolante CS1.

Claims

REVENDICATIONS1. Générateur thermoélectrique intégré, comprenant un support et au moins un ensemble de thermocouples électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle, caractérisé en ce que le support comprend un substrat semiconducteur (SB) et des régions isolantes (RIS), et ledit au moins un ensemble de thermocouples (ENSI) comprend des régions semiconductrices parallèles ayant chacune un type de conductivité pris parmi deux types de conductivité opposés, dont certaines au moins d'entre elles s'étendent dans le substrat (SB) entre des régions isolantes parallèles (RIS) ou dont certaines au moins d'entre elles s'étendent à cheval au dessus d'une partie du substrat (SB) en étant électriquement isolées de ladite partie de substrat et au dessus d'au moins une partie des régions isolantes (RIS), ou dont certaines au moins d'entre elles sont enrobées d'un matériau isolant (ENR) et s'étendent intégralement au dessus de régions isolantes parallèles ou intégralement au dessus des régions de substrat situées entre lesdites régions isolantes parallèles, lesdites régions semiconductrices étant électriquement reliées en série de façon à former une chaîne de régions ayant alternativement l'un et l'autre des deux types de conductivité.
2. Générateur selon la revendication 1, dans lequel les régions semiconductrices sont des régions de polysilicum dopées N ou P.
3. Générateur selon la revendication 1 ou 2, comprenant des moyens de connexion électriquement conducteurs (PM, V) assurant la liaison électrique entre les régions semiconductrices, ces moyens de connexion étant situés au dessus du substrat et reliant une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'un des deux types de conductivité à une zone d'extrémité d'une région semiconductrice ayant l'autre type de conductivités.
4. Générateur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de connexion sont enrobés dans un matériau isolant et comprennent des pistes métalliques (PM) parallèles aux régions semiconducticesconnectées auxdites zones d'extrémité par des liaisons électriques verticales (V).
5. Générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles (RIS), ledit au moins un ensemble de thermocouples (SNS1) est situé dans le substrat (SB) et comprend des régions semiconductrices parallèles (RSN, RSP) s'étendant dans le substrat, deux régions semiconductrices voisines ayant respectivement l'un et l'autre des deux types de conductivité et étant séparées par une région isolante.
6. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles (RIS), ledit au moins un ensemble de thermocouples comprend des premières régions semiconductrices parallèles (RSP) s'étendant toutes dans le substrat et ayant toutes l'un des deux types de conductivité, deux premières régions semiconductrices voisines étant séparées par une région isolante, et des deuxièmes régions semiconductrices parallèles (RSN) s'étendant toutes respectivement au sein des régions isolantes et ayant toutes l'autre type de conductivité.
7. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles (RIS) et les régions de substrat situées entre les régions isolantes ont toutes le même type de conductivité, et ledit au moins un ensemble de thermocouples comprend au dessus de chaque région de substrat au moins une paire de régions semiconductrices (RSN, RSP) enrobées dans un matériau isolant (ENR) et ayant respectivement les deux types de conductivité.
8. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le substrat comporte une partie recouverte d'une couche isolante (CS1) et ledit au moins un ensemble de thermocouples comportent plusieurs paires parallèles de régions semiconductrices parallèles enrobées dans un matériau isolant ayant respectivement les deux types de conductivité, lesdites paires s'étendant à cheval sur ladite couche isolante (CIS) et une région isolante (RIS) plus épaisse que ladite couche isolante.
9. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles et ledit au moins un ensemble de thermocouples (ENSI) comprend au dessus de chaque région isolante au moins une paire de régions semiconductrices enrobées dans un matériau isolant ayant respectivement les deux types de conductivité.
10. Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles, et ledit au moins un ensemble de thermocouples comprend des régions semiconductrices parallèles s'étendant dans le substrat, deux régions semiconductrices voisines ayant respectivement l'un et l'autre des deux types de conductivité et étant séparées par une région isolante, et au dessus de chaque région isolante (RIS), au moins une paire de régions semiconductrices (RSNBi, RSPBi) enrobées dans un matériau isolant ayant respectivement les deux types de conductivité.
11. Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le support comporte des régions isolantes parallèles et ledit au moins un ensemble de thermocouples comprend des premières régions semiconductrices parallèles (RSNA) s'étendant respectivement entre les régions isolantes et ayant toutes l'un des deux types de conductivité, des deuxièmes régions semiconductrices parallèles (RSPA) s'étendant respectivement au sein des régions isolantes (RIS) et ayant toutes l'autre type de conductivité, et au dessus de chaque première région, au moins une paire de régions semiconductrices (RSNBi, RSPBi) enrobées dans un matériau isolant ayant respectivement les deux types de conductivité.
12. Générateur selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un autre ensemble de thermocouples (ENS2) électriquement connectés en série et thermiquement connectés en parallèle, tous les ensembles (ENSI, ENS2) étant mutuellement électriquement et thermiquement connectés en parallèle.
13. Générateur selon la revendication 12, dans lequel l'un des ensembles de thermocouples est un ensemble selon la revendication 5et l'autre ensemble de thermocouples est un ensemble selon la revendication 9.
14. Circuit intégré, comprenant un substrat semiconducteur et, au dessus du substrat, des niveaux de métallisation, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur (GEN) selon l'une des revendications 1 à 13, dont le substrat est une partie du substrat du circuit intégré et dont une partie des liaisons électriques entre les thermocouples comporte des pistes métalliques s'étendant sur au moins un niveau de métallisation, des moyens (SH, SF) aptes à générer un gradient de température entre les premières zones d'extrémités homologues et les deuxièmes zones d'extrémités homologues de toutes les régions semiconductrices parallèles des thermocouples, et des moyens de sortie (MSE) électriquement conducteurs couplés audit générateur pour délivrer l'énergie électrique produite par ledit générateur.
15. Circuit intégré selon la revendication 14, comprenant en outre des moyens de stockage d'énergie électrique (MSTK), électriquement couplés auxdits moyens de sortie électriquement conducteurs.