NO20141357A1 - Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding - Google Patents

Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding Download PDF

Info

Publication number
NO20141357A1
NO20141357A1 NO20141357A NO20141357A NO20141357A1 NO 20141357 A1 NO20141357 A1 NO 20141357A1 NO 20141357 A NO20141357 A NO 20141357A NO 20141357 A NO20141357 A NO 20141357A NO 20141357 A1 NO20141357 A1 NO 20141357A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
metal
layer
thermoelectric
adhesion layer
bonding
Prior art date
Application number
NO20141357A
Other languages
English (en)
Inventor
Tollefsen Torleif A
Marianne Engvoll
Ole Martin Løvvik
Andreas Larsson
Original Assignee
Tegma As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tegma As filed Critical Tegma As
Priority to NO20141357A priority Critical patent/NO20141357A1/no
Priority to CN201580073030.8A priority patent/CN107427967B/zh
Priority to EP15793809.3A priority patent/EP3218941B1/en
Priority to US15/525,776 priority patent/US20180323358A1/en
Priority to PCT/EP2015/076291 priority patent/WO2016075185A1/en
Priority to DK15793809.3T priority patent/DK3218941T3/en
Publication of NO20141357A1 publication Critical patent/NO20141357A1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
    • B23K35/262—Sn as the principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding for å danne en termoelektrisk innretning, og termoelektriske innretninger som benytter de forhåndsprosesserte, halvledende, termoelektriske prosesseringsmaterialene fremstilt ved fremgangsmåten.
Bakgrunn
Seebeck-effekten er ett av tre mulige uttrykk for den termoelektriske effekten, nemlig den direkte konverteringen av termisk energi til elektrisk energi som finnes i noen materialer når de utsettes for en temperaturgradient som danner en varmefluks gjennom materialet. Seebeck-effekten vil når materialet forbindes med et kjøle-reservoar på én side og en varmekilde på den motsatte siden danne et elektrisk potensial som kan bli benyttet til å drive en elektrisk innretning eller lade et batteri. Den termoelektriske konverteringseffektiviteten er avhengig av forholdet mellom elektrisk og termisk ledningsevne, og blir vanligvis definert som det dimensjonsløse størrelsen ZT:
der ct er elektrisk ledningsevne, S er en termoelektrisk koeffisient som ofte betegnes Seebeck-koeffisienten, k er termisk ledningsevne, og T er absolutt temperatur.
Skutteruditt er en klasse med mineraler som ble oppdaget på Skutterud i Norge i 1827, som ofte betegnes med den generelle formelen TPn3, der T er et overgangs-metall slik som dvs., Co, Rh, In, Fe, og Pn er ett av pnictogenelementene (medlemmer av nitrogengruppen i det periodiske systemet), P, As eller Sb.
Enhetscellen i skutterudittstrukturen inneholder 32 atomer anbrakt i symmetri-gruppen Im3 som vist skjematisk på figur la), som er en gjengivelse av figur 1 i US 6 660 926. Kationet i mineralet er overgangsmetallet med et oksidasjonsnummer på +III. Anionet er et radikal med oksidasjonsnummer -IV og består av fire Pn-atomer (referansenummer 120) anbrakt i en fire-leddet plan ring (referansenummer 120). Kationene (referansenummer 110) er anbrakt i et kubisk mønster som definerer en stor kube laget av åtte mindre kuber som hver har et kation i deres åtte hjørner. I seks av disse mindre kubene er det innsatt ett anion og to av de mindre kubene er ledige. Slik kan strukturen til skutteruditt også bli gitt som T^ in[ Pn^ IV] 6.
Skutteruditt er halvledende når det er elektrisk nøytralt, det vil si opprettholder et forhold på T:[Pn4]= 4:3. På grunn av dets kovalente bindingsstruktur har videre skutteruditt-krystallgitteret en høy bærermobilitet. Samtidig fører kompleksiteten i krystallgitteret kombinert med de tunge atomene til en relativt lav termisk ledningsevne, slik at halvledende skutteruditter ofte har et fordelaktig forhold for elektrisk ledningsevne/termisk ledningsevne og slik lovende produksjonstall, ZT. Halvledende materialer leder elektrisitet ved å benytte to typer ladningsbærere: elektroner og hull (ledige elektronseter i krystallgitteratomene). Ved å dope, dvs., substituere ett eller flere T-atomer i krystallgitteret med et atom i av et annet element, så kan det halvledende materialet bli endret slik at det dominat leder elektriske ladninger ved enten elektroner (n-type ledningsevne) eller hull (p-type ledningsevne), avhengig av hvilket dopemiddel (substitusjonselement) som blir benyttet.
En n-type og en p-type halvleder kan bli elektrisk koblet for å danne en elektrisk krets som skjematisk illustrert på figur 2a). På figuren er et objekt 100 av n-type halvledende materiale i én ende elektrisk koblet til et objekt 101 av p-type halvledende materiale med elektrisk kontakt 102. På de motstående endene er objektene 100 og 101 separat koblet til én elektrisk leder 103. De elektriske lederne 103 kan bli koblet sammen med en ekstern, elektrisk krets 106, i hvilken elektrisk strøm vil gå så lenge ladningsbærerpar (separate elektroner og hull) blir dannet i de halvledende materialene. I et termoelektrisk, halvledende materiale blir ladningsbærerpar dannet når varme strømmer gjennom materialet. Ved å sette elektrodene 103 i kontakt med et varmereservoar 105 og den motsatte elektroden 102 i termisk kontakt med et kjølereservoar 104 vil en varmefluks strømme gjennom de halvledende materialene 100 og 101 i retningen indikert med pilen, og en elektrisk strøm vil gå fra n-type halvlederen til p-type halvlederen så lenge den eksterne elektriske kretsen 106 er sluttet.
Konfigurasjonen som er vist på figur 2a) utgjør det grunnleggende prinsippet for hvordan termoelektriske innretninger kan bli konstruert. I praksis vil det vanligvis bli benyttet flere n-type og p-type halvledende materialer som er elektrisk koblet i serie og termisk koblet i parallell som vist på figur 2b, som er en gjengivelse av figur 18 i US 6 660 926.
En termoelektrisk innretning av denne typen kan tilveiebringe en kompakt, svært pålitelig, lengevarende og støyfri forurensningsfri generering av elektrisk kraft fra en varmekilde.
Kjent teknikk
US 6 660 926 tilkjennegir at den termiske ledningsevnen til skutteruditt kan bli redusert, og slik oppnå et høyere størrelsestall, ved å fylle de to ledige, mindre kubene i enhetscellen med 32 atomer med en binær forbindelse og i tillegg substituere elementer for å erstatte deler av de opprinnelige overgangsmetall-elementene og/eller nitrogengruppeelementene for å konservere valenselektron-antallet i enhetscellen. Dokumentet tilkjennegir flere eksempler på slike materialer som har høye ZT-verdier, der ett er CeFe4.xCoxSbi2.
Fra WO 2011/014479 er det kjent at, på grunn av sine store krystallceller, tunge atommasse, større bærermobilitet og forstyrrelse av fylte atomer i Sb-dodeka-hedronet, så oppviser termoelektriske materialer av CoSb3-basert skutteruditt overlegne termoelektriske egenskaper ved temperaturer i området fra 500 til 850 K. Dokumentet opplyser at n-type skutteruditt YbyCo4Sbi2har en ZT på 1,4 og at p-type skutteruditt CaxCeyCo2.5Fei,5Sbi2har en ZT på 1,2. Dokumentet opplyser videre at ved 850 K så er damptrykket til Sb omtrent 10 Pa, noe som fører til en alvorlig forringelse av halvlederen på grunn av tap av elementet Sb. Løsningen på dette problemet er ifølge WO 2011/014479 å belegge skutteruditt-materialet med et første metallsjikt og et andre metalloksidsjikt. Metallsjiktet kan være ett av Ta, Nb, Ti, Mo, V, Al, Zr, Ni, NiAl, TiAl, NiCr, eller en legering av to eller flere av dem, og metalloksidet kan være ett av TiC>2, Ta20s, AI2O3, ZrC>2, NiC>2, SiC>2 eller en kompositt av to eller flere av dem, eller et flersjikt av to eller flere av dem.
Ifølge US 6 673 996 er skutteruditt det eneste kjente single termoelektriske materialet som er hensiktsmessig for anvendelse over temperaturområdet fra romtemperatur opp til omtrent 700 °C. Dokumentet beskriver CeFe4Sbi2-baserte legeringer og CoSb3-baserte legeringer som passende materialer for henholdsvis p-type og n-type termoelektriske materialer. På den kalde siden er de termoelektriske materialene forbundet med en kaldsko av AI2O3belagt med et lag med Cu for å tilveiebringe den elektriske og termiske kontakten. For å beskytte det termoelektriske materialet fra inndiffusjon av Cu blir det benyttet en diffusjonsbarriere av Ni som er dannet på Cu-laget ved elektroplettering.
Et annet eksempel på anvendelse av CoSb3-basert skutteruditt som termoelektrisk materiale i en termoelektrisk innretning er vist i US 6 759 586. I dette dokumentet er det tilkjennegitt en termoelektrisk innretning som omfatter en bit av CoSb3-basert skutteruditt av enten n-type eller p-type ledningsevne festet til en elektrode laget av en Fe-legering eller en Ag-legering, og som benytter en diffusjonsbarriere mellom skutteruditten og elektroden laget av Sb og ett av Au, Ag eller Cu.
Fra WO 2012/071173 er det kjent en termoelektrisk innretning som benytter skutteruditt som det termoelektriske konverteringsmaterialet som er dekket med et tynt barrieresjikt deponert ved atomsjiktdeponering. Eksempler på passende barrieresjikt inkluderer metalloksider slik som AI2O3, Ti02, Ta20s, Sn02, ZnO, Zr02og Hf02), og metallnitrider slik som SiNx, TiN, TaN, WN og NbN).
EP 2 242 121 beskriver en viss klasse av fylt skutteruditt som er passende til å bli benyttet som termoelektrisk konverteringsmateriale ved temperaturer i området fra 20 til 600 °C. Gruppen er definert ved den generelle formelen: RrTt.mMmXx.nN„ (0 < r < 1, 3 < t-m < 5, 0 < m < 0,5, 10 < x < 15, 0 < n < 2), der R representerer tre eller flere elementer valgt fra gruppen bestående av sjeldne jordelementer, alkalimetallelementer, jordalkalimetallelementer, gruppe 4 elementer og gruppe 13 elementer, T representerer minst ett element valgt fra Fe og Co, M representerer minst ett element valgt fra gruppen bestående av Ru, Os, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag og Au, X representerer minst ett element valgt fra gruppen bestående av P, As, Sb og Bi, og N representerer minst ett element valgt fra Se og Te. Dokumentet opplyser videre at for å oppnå en god forbindelse mellom det termoelektriske konverteringsmaterialet og elektrodene i den termoelektriske innretningen, så bør det benyttes et sammenføyningssjikt mellom disse fasene som omfatter en legering med en sammensetning som er justert for å matche den termiske ekspansjonskoeffisienten til det termoelektriske konverteringsmaterialet. Eksempler på passende legeringer for anvendelse som sammenføyningssjiktet inkluderer titanlegering med 50 til 100 vekt% Ti, og fra 0 til 50 vekt% av minst ett av Al, Ga, In og Sn. I et annet eksempel er sammenføyningssjiktet laget av en nikkellegering med 50 til 100 vekt% Ni, og fra 0 til 50 vekt% Ti. Elektrodene kan være en legering valgt fra gruppen av titanlegeringer, nikkellegeringer, koboltlegeringer og jernlegeringer.
Bader et al. 1994 [1] har studert binding av to metaller sammen ved anvendelse av faststoff-væske interdiffusjon (SLID)-binding, der et metall med lavt smeltepunkt og et metall med høyt smeltepunkt blir bundet sammen ved å danne en intermetallisk forbindelse av de to metallene på deres kontaktpunkt. I ett eksempel viser dokumentet sammenbinding av to stykker med nikkel, der hvert har et tinnsjikt på én side, ved forsiktig å trykke sidene med tinnsjikt mot hverandre og varme opp stykkene inntil tinnet smelter og opprettholde det forsiktige trykket og temperaturen inntil alt flytende tinn har reagert med nikkelet og dannet en fast Ni-Sn intermetallisk forbindelse som sikkert binder sammen metallstykkene, slik som illustrert på figur 3a) til c). Fra Ni-Sn-fasediagrammet som er presentert i dokumentet har vi at smeltepunktet til Sn er 232 °C, mens alle de mulige intermetalliske forbindelsene Ni3Sn, Ni3Sn2og Ni3Sn4har et smeltepunkt over 800 °C.
US 2013/0152990 viser anvendelse av SLID-teknologi for binding av elektroder til termoelektriske konverteringsmaterialer. Dokumentet nevner Bi2Te3, GeTe, PbTe, CoSb3og Zn4Sb3som eksempler på termoelektriske konverteringsmaterialer, og det termoelektriske konverteringsmaterialet blir først belagt med et 1 til 5 pm tykt barrieresjikt av Ni eller annet passende materiale, deretter med et 2-10 pm tykt Ag-, Ni- eller Cu-sjikt, og til slutt med et 1-19 pm tykt Sn-sjikt. Elektroden er på én side først belagt med et 2-10 pm tykt Ag-, Ni- eller Cu-sjikt, og deretter med et 1-10 pm tykt Sn-sjikt. Det belagte termoelektriske konverteringsmaterialet og elektroden blir så lagt med deres Sn-sjikt side ved side og presset sammen under forsiktig oppvarming inntil Sn-sj iktene smelter og reagerer med Ag, Ni eller Cu for å danne faste intermetalliske forbindelser som binder elektroden til det termoelektriske konverteringsmaterialet.
Formål med oppfinnelsen
Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en enkel, kostnadseffektiv og robust fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding for å danne en termoelektrisk innretning.
Et ytterligere formål er å tilveiebringe forhåndsprosesserte, termoelektriske materialer fremstilt ved fremgangsmåten, og spesielt, fylte og ikke-fylte CoSb3-baserte skutteruditt termoelektriske konverteringsmaterialer.
Beskrivelse av oppfinnelsen
Oppfinnelsen er basert på erkjennelsen av at en kostnadseffektiv, enkel og motstandsdyktig sammenkobling og binding av halvledende, termoelektriske materialer til elektrodene til termoelektriske innretninger kan bli oppnådd ved å benytte faststoff-væske interdiffusjonsbindingskonseptet i kombinasjon med anvendelse av en adhesjonssjikt/-diffusjonsbarrieresjikt/adhesjonssjiktstruktur (også betegnet som ADA-strukturen) mellom faststoff-væske interdiffusjonsbindingssj iktene og det halvledende termoelektriske materialet.
I et første aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for dannelse av et forhåndsprosessert, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale for metallisering, sammenkobling og binding, der fremgangsmåten omfatter de følgende prosesstrinnene i suksessiv rekkefølge: - benytte minst ett element av et n-type eller p-type dopet, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale som har en første og andre overflate på motstående sider, - plassere det minst ene elementet av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale i et deponeringskammer, og deretter: i) deponere et første adhesjonssjikt av et første metall direkte på
den første og andre overflaten til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet,
ii) deponere et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialelementet,
iii) deponere et andre adhesjonssjikt av et tredje metall direkte på
diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet,
hvor
- deponeringskammeret er enten et kjemisk dampdeponeringskammer, et fysisk dampdeponeringskammer eller et atomisk deponeringskammer, og deponeringen av de ulike sjiktene i trinn i) til iii) blir oppnådd ved å tilføre forløpergasser med varierende kjemisk sammensetning inn i deponeringskammeret, - den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et nitrid eller et oksid av det andre metallet,
deponere et første bindingssjikt av et metall A direkte på det andre adhesjonssjiktet på det første og andre overflate til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, og
deponere et andre bindingssjikt av et metall B direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, der
smeltepunktet til metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet til metall B for å danne en intermetallisk forbindelse ved faststoff-væske-interdiffusjon.
Alternativt kan henholdsvis det første og andre bindingssjiktet av metall A og B fordelaktig også bli deponert inne i det samme dampdeponeringskammeret som ADA-strukturen ved ganske enkelt å bytte forløpergassen(e) som danner det første og/eller deretter det andre sjiktet. Det betyr at både adhesjonssjiktet/diffusjonsbarrieresjiktet/adhesjonssjiktstrukturen (ADA-strukturen) og faststoff-væske interdiffusjonsbindingssjiktet kan bli dannet i et kjemisk dampdeponeringskammer, et fysisk deponeringskammer eller et atomisk deponeringskammer, der deponeringen av de ulike sjiktene blir oppnådd ved å tilføre forløpergasser med varierende kjemisk sammensetning inn i deponeringskammeret. Alternativt kan elementet av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale bli tatt ut av dampdeponeringskammeret etter dannelse av ADA-strukturen og deretter deponere det første og andre bindingssjiktet med elektroplettering eller strømløs plettering.
I et andre aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en termoelektrisk innretning, omfattende: - et antall av N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale dopet til n-type ledningsevne og et antall N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale dopet til p-type ledningsevne, der N er et heltall fra 1 til n,
et antall 2N+1 elektriske kontaktelementer som omfatter et første
bindingssjikt av et metall A og et andre bindingssjikt av et metall B, og
et første substrat i termisk kontakt med et varmereservoar og et andre substrat i termisk kontakt med et kjølereservoar,
der
de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N
termoelektriske elementene av p-type ledningsevne er elektrisk sammenkoblet i serie ved de 2N+1 elektriske kontaktene,
de termoelektriske elementene er bundet til de elektriske kontaktelementene ved faststoff-væske interdiffusjonsbindinger, og
de termoelektriske elementene er på en første side i kontakt med det første substratet i termisk kontakt med et varmereservoar, og på en andre side motstående den første siden er det andre substratet i termisk kontakt med et kjølereservoar,
karakterisert vedat
hvert av de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N
termoelektriske elementene av p-type ledningsevne har på deres første og andre overflate: i) et første adhesjonssjikt av et første metall deponert direkte på
den første og andre overflaten,
ii) et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall deponert direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten,
iii) et andre adhesjonssjikt av et tredje metall deponert direkte på
diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten,
iv) et første bindingssjikt av et metall A deponert direkte på det
andre adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten, og
v) et andre bindingssjikt av et metall B deponert direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten,
der
- den ikke metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et nitrid eller et oksid av det andre metallet, smeltepunktet for metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet for metall B, og
- faststoff-væske-interdiffusjonsbindingene blir dannet ved henholdsvis å legge det andre bindingssjiktet av metall B på de termoelektriske elementene og de elektriske kontaktelementene slik at de vender mot hverandre og kontakter hverandre etterfulgt av en varmebehandling som gjør at metall B i det andre bindingssjiktet smelter og reagerer med metall A i det første bindingssjiktet.
Uttrykket «metallisering, sammenkobling og binding» betyr slik det benyttes her dannelsen av de mekaniske, termiske og elektriske kontaktene i en termoelektrisk innretning som er nødvendige for å samle opp og lede den elektriske energien som blir produsert i den termoelektriske innretningen.
Uttrykket «metall» skal slik det benyttes i det første og andre aspektet av oppfinnelsen bli tolket som metall i den generelle betydningen av uttrykket slik at det omfatter elementært metall i tillegg til legeringer av det samme metallet. Dersom metallet i én eksempelutførelsesform er Ni kan slik uttrykket f.eks. bli tolket å være elementært Ni eller en Ni-legering slik som nikkel-vanadium-legering, nikkel-sølv-legering eller andre nikkellegeringer.
Uttrykket «forhåndsprosessert, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale for metallisering, sammenkobling og binding» betyr slik det benyttes her ethvert element av halvledende, termoelektrisk materiale som er tiltenkt å bli elektrisk koblet med andre elementer av halvledende, termoelektriske materialer for å danne en termoelektrisk innretning (også kalt TE-innretning), og som har blitt prosessert slik at det er klart til å bli elektrisk koblet med de andre (som er tilsvarende forhåndsprosessert) elementer av halvledende, termoelektrisk materiale i TE-innretningen ved faststoff-væske interdiffusjonsbinding (også betegnet SLID-binding). Forhåndsprosesseringen av elementet av halvledende, termoelektrisk materiale ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter i det minste deponering på områder på elementet der en SLID-binding skal bli dannet, i suksessiv rekkefølge: et første adhesjonssjikt som sikrer adekvat mekanisk binding til det halvledende materialet, et diffusjonsbarrieresjikt for å forhindre skadelig interdiffusjon av elementer mellom det halvledende materialet og elektrodematerialet, et andre adhesjonssjikt for å oppnå tilstrekkelig binding til diffusjonsbarrieresjiktet, og deretter et første og andre metallsjikt som skal danne SLID-bindingen med tilsvarende sjikt på elektroden.
Uttrykket «element av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale (også kalt TE-element)» betyr slik det benyttes her enhver klump, stykke eller annen form for kompakt masse av halvledende materiale som oppviser tilfredsstillende ZT-verdier for å bli benyttet i termoelektriske innretninger når det er dopet til p-type eller n-type ledningsevne. Den første og andre overflaten på motstående sider av TE-elementet kan fordelaktig være vesentlig parallelle og plane overflater på to motstående ender av elementet for å lette anvendelse av SLID-bindingen for sammenkobling av to eller flere TE-elementer til en TE-innretning som har strukturene som illustrert på figurene 2a) og 2b). Imidlertid er ikke trekket med vesentlig parallelle og plane motstående overflater på TE-elementet obligatorisk, og heller ikke skal uttrykkene parallelle og plane bli tolket i den matematiske betydningen av uttrykkene. Oppfinnelsen, dvs., anvendelsen av et første adhesjonssjikt, etterfulgt av et diffusjonsbarrieresjikt og deretter et andre adhesjonssjikt i kombinasjon med en SLID-binding (også betegnet som ADA/SLID-strukturen) kan benytte TE-elementer som har litt skrå overflater og overflater med en viss grad av ujevn overflateruhet så lenge det er praktisk gjennomførbart å kompensere for disse «defektene» ved å benytte en tykkere og/eller ha en ujevn tykkelse på det første adhesjonssjiktet og/eller annet sjikt i ADA/SLID-strukturen. Uttrykket «vesentlig plan og parallell» skal slik bli tolket i denne konteksten, og hvert TE-element som skal bli benyttet i det første og/eller andre aspektet av oppfinnelsen kan fordelaktig ha vesentlig den samme geometrien og dimensjonene med vesentlig plane og parallelle første og andre overflater der det første adhesjonssjiktet skal bli deponert. Uttrykket «vesentlig den samme geometrien og dimensjoner» betyr slik det benyttes her at hvert TE-element har nesten den samme design som de andre TE-elementene som benyttes i TE-innretningen innenfor rimelig variasjon slik at den vertikale avstanden mellom den første og andre overflaten er den samme for hvert TE-element innenfor en variasjon på noen få prosent for å tillate å plassere TE-elementene side ved side og oppnå en tilfredsstillende SLID-binding med de elektriske kontaktelementene for å danne en TE-innretning med liknende struktur og design som TE-innretningen som er illustrert på figurene 2a) og 2b).
Mange halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialer kan vaske ut elementer ved faststoff-interdiffusjon osv., som er skadelig for de termiske og elektriske egenskapene til sammenkoblingselektrodene (de elektriske kontaktelementene), slik at det bør benyttes et mellomliggende diffusjonsbarrieresjikt mellom det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet og de elektriske kontaktelementene for å beskytte elektrodene. Slik kan oppfinnelsen ifølge det første og andre aspektet fordelaktig omfatte et tynt sjikt med tykkelse fra 100 nm og oppover av et metalloksid eller et metallnitrid er ofte en utmerket diffusjonsbarriere. Eksempler på foretrukne diffusjonsbarrierer inkluderer, men er ikke begrenset til, 100-1000 nm tykke sjikt med CrNx, eller TiNxdannet ved dampdeponering. Tykkelsen på diffusjonsbarrieresliktet kan fordelaktig ligge i ett av de følgende områdene: fra 50 til 5000 nm, fra 75 til 3000 nm, fra 100 til 2000 nm, fra 150 til 1000 nm, fra 150 til 750 nm, fra 200 til 500 nm, fra 200 til 400 nm, eller fra 200 til 300 nm.
Festet mellom diffusjonsbarrieresjiktet og det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet har noen ganger vist seg å være utilstrekkelig for å motstå skjærbelastningene som oppstår ved den termiske ekspansjonen som er involvert i termoelektriske innretninger som kan føre til en elektrisk frakobling mellom TED-elementet og dets elektrode. Det er slik vanlig å øke festet mellom TED-elementet og elektroden ved å legge på et mellomliggende adhesjonssjikt. Oppfinnelsen ifølge det første og andre aspektet bør slik omfatte et første adhesjonssjikt som er lagt direkte på den første og andre overflaten av hvert TED-element som skal benyttes i TE-innretningen og som danner et mellomliggende sjikt mellom TE-elementet og diffusjonsbarrieresjiktet. Mange metaller er kjent for å feste seg godt på både halvledende materialer og typiske diffusjonsbarrierer og kan slik legges på som det første adhesjonssjiktet. Når diffusjonsbarrieresjiktet er et metallnitrid eller metalloksid kan f.eks. ethvert metall som er kjent for en fagmann på området for å danne utmerket binding med halvledende materialer og metalloksider eller metallnitrider bli benyttet i det første og andre aspektet av foreliggende oppfinnelse. Tykkelsen på det første adhesjonssjiktet kan fordelaktig være i ett av de følgende områdene: fra 20 nm til 2 um, fra 50 nm til 1,5 um, fra 100 nm til 1,5 um, fra 200 nm til 1,5 um, eller fra 500 nm til 1,5 um. Det faktiske valget av hvilket metall som skal legges på som det første adhesjonssjiktet er vanligvis avhengig av hvilket materiale som blir påført i det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet og i diffusjonsbarrieresjiktet. Imidlertid er en fagmann på området i stand til å gjøre dette valget ut fra sin generelle kunnskap. Eksempler på passende metaller for anvendelse som adhesjonssjikt inkluderer, men er ikke begrenset til, Cr, Cu, Sn, Ta og Ti.
Festet mellom diffusjonsbarrieresjiktet og det første bindingssjiktet i metallsystemet til SLID-bindingen har også vist seg å være potensielt problematisk på grunn av utilstrekkelig motstand mot termisk indusert skjærbelastning. Det er slik foreslått ved foreliggende oppfinnelse ifølge det første og andre aspektet å påføre et andre adhesjonssjikt mellom diffusjonsbarrieresjiktet og det første bindingssjiktet. Det andre adhesjonssjiktet kan som det første adhesjonssjiktet være et metallsjikt, men ikke nødvendigvis av det samme metallet som det første adhesjonssjiktet. Så langt oppfinneren er kjent med er ikke anvendelsen av et andre adhesjonssjikt kjent i den kjente teknikken. Tykkelsen på det andre adhesjonssjiktet kan ligge i ett av de følgende områdene: fra 20 nm til 1000 nm, fra 30 nm til 750 nm, fra 40 nm til 500 nm, fra 100 nm til 400 nm, eller fra 150 nm til 300 nm. Det faktiske valget av hvilket metall som skal påføres som det andre adhesjonssjiktet er vanligvis avhengig av hvilke materialer som blir påført som diffusjonsbarrieresjiktet og i det første bindingssjiktet. En fagmann på området er i stand til å gjøre dette valget fra sin generelle kunnskap.
Imidlertid kan en vesentlig forenkling og arbeidsbesparelse bli oppnådd i produksjonsprosessen ved å velge det samme metallet i både det første og andre adhesjonssjiktet som metallet i metalloksidet eller metallnitridet i diffusjonsbarrieresjiktet. I dette tilfellet utgjøres ADA-strukturen av ett enkelt metall i elementær form og som et oksid eller nitrid, slik at hele ADA-strukturen kan bli deponert i én enkelt dampdeponeringsprosess ved ganske enkelt å endre sammen-setningen av forløpergassene som blir tilført inn i deponeringskammeret. Dersom diffusjonsbarrieresjiktet slik er laget av ett av de foretrukne sjiktene av CrN, TaN eller TiN, så kan både det første og andre adhesjonssjiktet fordelaktig være laget av henholdsvis elementært Cr, Ta eller Ti.
Uttrykket «faststoff-væske interdiffusjonsbinding» eller «SLID-binding» er slik de blir benyttet her er en høytemperaturteknikk for sammenkobling av to metallfaser ved anvendelse av en mellomliggende metallfase og sammenføyning slik som beskrevet i Bader et al., 1994 [1]. Sammenkoblingen (binding) blir oppnådd ved å benytte en mellomliggende metallfase som i den flytende fasen er kjemisk reaktiv mot de to ytre metallfasene som danner faste, intermetalliske forbindelser, og som har et lavere smeltepunkt enn de to ytre metallfasene som skal bindes sammen. SLID-binding blir også betegnet som transient flytende fase-binding, isoterm størkning eller off-eutektisk binding i litteraturen. Eksempler på passende metallsystemer for SLID-binding omfatter Au-In, Au-Sn, Ag-In, Ag-Sn, Cu-Sn og Ni-Sn. I prinsippet kan enhver tykkelse av sjiktene i metallsystemet bli benyttet i en SLID-binding. Dette gjelder også fremgangsmåten ifølge det første og andre aspektet av oppfinnelsen. I praksis er det imidlertid fordelaktig at utgangstykkelsen på det første bindingssjiktet av metall A er i ett av de følgende områdene: fra 1 pm til 1 cm, fra 1 um til 0,5 cm, fra 1 um til 0,1 cm, fra 2 um til 500 um, fra 2 um, til 100 um, fra 2 um til 50 um, eller fra 3 um til 10 um. Og utgangstykkelsen på det andre bindingssjiktet av metall B kan fordelaktig være i ett av de følgende områdene: fra 300 nm til 0,75 cm, 300 nm til 0,3 cm, 300 nm til 750 pm, fra 200 nm til 400 pm, fra 200 nm til 75 pm, fra 200 nm til 30 pm, eller fra 300 nm til 3 pm. Uttrykket «utgangstykkelse» for det bindende første og/eller andre bindingssjiktet er tykkelsen på det respektive bindingssjiktet før sammenføyning og dannelse av den/de intermetalliske forbindelsen(e). Både den kjemiske strukturen og de fysiske dimensjonene på de resulterende SLID-bindingssjiktene er noe endret sammenlignet med de initiale (ikke-reagerte) bindingssjiktene som er involvert i SLID-bindingen.
De elektriske kontaktelementene som skal benyttes for elektrisk å koble sammen TE-elementene til en TE-innretning bør være et lagdelt element som omfatter to metallsjikt av de samme metallene som henholdsvis de lagdelte metallsj iktene i det første og andre bindingssjiktet. Det betyr at det elektriske kontaktelementet omfatter et første bindingssjikt av metall A og et andre bindingssjikt av metall B. Tykkelsen på det andre metallsjiktet til det elektriske kontaktelementet kan fordelaktig være den samme som tykkelsen på det andre grensesjiktet som er deponert på TE-elementet, imidlertid er ikke dette obligatorisk, andre tykkelser kan bli benyttet dersom det er hensiktsmessig. Det samme gjelder for det første grensesjiktet til det elektriske kontaktelementet, dette kan til og med ha den samme tykkelsen som det første grensesjiktet til TE-elementet, men dette er ikke obligatorisk, andre tykkelser kan bli benyttet. Det kan bli funnet fordelaktig å benytte et tykkere første grensesjikt for det elektriske kontaktelementet for å oppnå mekanisk styrke. Slik kan enhver tykkelse med rimelige praktiske begrensninger bli benyttet som det første grensesjiktet for det elektriske kontaktelementet.
Prinsippet med å danne en SLID-binding er illustrert skjematisk i figurene 3a) til c). På figur a) er det illustrert to elementer med et tolags metallsystem bestående av metall A og metall B. Det øvre elementet på figur 3a) kan være det første og andre bindingssjiktet i et TE-element ifølge det første og andre aspektet av oppfinnelsen og det nedre elementet kan være det første og andre bindingssjiktet i et elektrisk kontaktelement, eller vise versa. På figur 3b) blir de to elementene kontaktet slik at de andre bindingssjiktene av metall B for begge elementer vender mot hverandre. På figur 3c) har de to elementene blitt utsatt for en sammenføyningsprosess som har gjort at metallene reagerer og danner en mellomliggende fast intermetallisk fase A-B som fast og sikkert binder den gjenværende delen av det første bindingssjiktet for både TE-elementet og det elektriske kontaktelementet sammen til ett massivt objekt definert ved alle tre sjikt. Det er kjent å danne SLID-bindingen ved å benytte flere alternerende metallsj ikt av metaller A og B i stedet for tolagsmetallsystemet som er diskutert ovenfor. Denne alternative utførelsesformen av SLID-bindingen kan bli benyttet av oppfinnelsen ifølge det første og andre aspektet dersom det er hensiktsmessig. Metallet A på figurene 3a) til c) tilsvarer metallet i det første bindingssjiktet og metallet B tilsvarer metallet i det andre bindingssjiktet til enten TE-elementet eller det elektriske kontaktelementet. Metall A har slik det høyeste smeltepunktet og kan være ett av Au, Ag, Cu, Ni eller andre metaller. Metall B har det laveste smeltepunktet og kan være ett av In, Sn eller andre metaller. Valget av hvilket metallsystem som skal benyttes i SLID-bindingen kan fordelaktig ta hensyn til den termiske ekspanderingen av andre komponenter i TE-innretningen, spesielt den termiske ekspansjonen av TE-elementet.
Fremgangsmåten ifølge det første aspektet av oppfinnelsen produserer ett TE-element av enten p-type eller n-type ledningsevne, som har strukturen som er skjematisk illustrert på figur 4. På figuren er det vist et element laget av et halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale 1 som har en første overflate 10 motstående en andre overflate 20. På både den første 10 og den andre overflaten 20 er det deponert et første adhesjonssjikt 2 av et metall, etterfulgt av et diffusjonsbarrieresjikt 3 av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall, og deretter et andre adhesjonssjikt 4 med et tredje metall. Alle sjikt blir deponert direkte på hverandre slik at de er i direkte kontakt med sitt respektive nabosjikt. Det første adhesjonssjiktet, diffusjonsbarrieresjiktet og det andre adhesjonssjiktet utgjør ADA-strukturen, som vist med parentesene på figuren merket ADA. Deretter følger det første bindingssjiktet 5 av metall A og det andre bindingssjiktet 6 av metall B som definerer «elementdelen» av metallsystemet som skal bli utformet til SLID-bindingen. Disse sjiktene danner sammen med ADA-strukturen ADA/SLID-strukturen som vist med parentesen merket ADA/SLID på figuren. Av illustrasjons-formål er ikke dimensjonene på figuren i riktig skalering.
På figur 5 er den prinsipielle løsningen på hvordan man setter sammen TE-elementene og de elektriske kontaktelementene før sammenføyningsprosessen for dannelse av SLID-bindingene illustrert ved hjelp av to TE-elementer 1, ett dopet til p-type ledningsevne og det andre dopet til n-type ledningsevne, og tre elektriske kontaktelementer 30. Hvert TE-element 1 har blitt tilveiebrakt med de samme sjiktene som definerer ADA/SLID-strukturen på sin første og andre overflate som vist i mer detalj på figur 3. På figur 4 er imidlertid ADA-strukturen, dvs., det første adhesjonssjiktet 2, diffusjonsbarrieresjiktet 3 og det andre adhesjonssjiktet 4 illustrert som ett enkelt tynt sjikt 40 av illustrerende klarhetshensyn. På hver ADA-struktur på både den første 10 og den andre 20 siden av TE-elementet 1 er det deponert et første 5 og et andre 6 bindingssjikt som utgjør TE-elementsiden av de elektriske sammenkoblingene som skal dannes. Det elektriske kontaktelementet som omfatter den lagdelte metallstrukturen i et første bindingssjikt 31 av metall A og et andre bindingssjikt 32 av metall B utgjør den elektriske kontaktsiden av de elektriske sammenkoblingene som skal dannes. Ved å presse disse elementene 1, 30 sammen som indikert med pilene og sammenføye hele strukturen til en temperatur der metall B smelter og danner én eller flere intermetalliske forbindelser med metall A, så blir de to TE-elementene 1 og de tre elektriske kontaktelementene både elektrisk koblet i serie og fast bundet inn i en enkelt fast enhet ved SLID-bindinger dannet ved det første og andre kontaktsjiktet på TE-elementene og de elektriske kontaktelementene. Ved å tilsette et første substrat i termisk kontakt med et varmereservoar og et andre substrat i termisk kontakt med et kjølereservoar på den ytre siden (den motsatte siden av siden som vender mot TE-elementene) av de dannede sammenkoblingene så kan så en TE-innretning som har en liknende struktur som vist på figur 2a) eller b) bli dannet. TE-innretningen som oppstår fra sammensettingen vist på figur 5 er skjematisk illustrert på figur 6. Her vedrører referansenummer 33 det faste intermetallet AB, referansenummer 50 vedrører det første substratet i termisk kontakt med et varmereservoar, og referansenummer 51 vedrører det andre substratet i termisk kontakt med kjølereservoaret.
ADA/SLID-strukturen tilveiebringer en svært sterk og motstandsdyktig binding mellom de elektriske kontaktelementene i TE-innretningen, og er slik spesielt godt egnet for anvendelse i høytemperaturutstyr som involverer relativt sterke skjær-belastninger på bindingsgrenseflatene på grunn av de termiske ekspanderingene av materialene i de ulike sjiktene, TE-elementet og elektroden. Selv om foreliggende oppfinnelse kan benytte ethvert halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale er det foretrukket å benytte fylte eller ikke-fylte, CoSb3-baserte, termoelektriske skutteruditt-konverteringsmaterialer på grunn av deres lovende størrelse ZT, ved temperaturer opp til 800 °C. Det er fordelaktig å benytte et metallsystem med en termisk ekspansjon som er så likt som for TE-elementet som mulig. I tilfellet med anvendelse av TE-elementer med fylte eller ikke-fylte, CoSb3-baserte, termoelektriske skutteruditt-konverteringsmaterialer så er det slik foretrukket å benytte metallsystemet Ni-Sn for SLID-bindingen.
Liste over figurer
Figur 1 er en gjengivelse av figur 1 i US 6 660 926 som viser en skjematisk representasjon av krystallstrukturen til mineralet skutteruditt. Figur 2a) er en skjematisk sidefremstilling som illustrerer strukturen til en termoelektrisk innretning som involverer ett P-dopet og ett N-dopet element av termoelektrisk konverteringsmateriale. Figur 2b) er en kopi av figur 18 i US 6 660 926 (uten tekst på figuren) som viser en liknende TE-innretning som vist på figur 2a) som involverer flere P-dopede og ett N-dopet element av termoelektriske konverteringsmaterialer som er elektrisk koblet i serie. Figurene 3a til 3c er skjematiske sidefremstillinger som illustrerer prinsippet med dannelse av en SLID-binding. Figur 4 er en skjematisk sidefremstilling som illustrerer ADA/SLID-strukturen på TE-elementer ifølge oppfinnelsen. Figur 5 er en skjematisk sidefremstilling som illustrerer sammensettingen av ett P-dopet og ett N-dopet TE-element som har ADA/SLID-strukturen ifølge oppfinnelsen for å koble dem sammen i serie med SLID-binding til tre elektriske kontaktelementer. Figur 6 er en skjematisk sidefremstilling som illustrerer strukturen til en TE-innretning som er resultatet av dannelse av SLID-bindingene og festing av substratene i kontakt med henholdsvis varmereservoaret og kjølereservoaret av sammensettingen vist på figur 5.
Eksempelutførelsesform av oppfinnelsen
Oppfinnelsen vil bli beskrevet i mer detalj ved hjelp av en eksempelutførelsesform av en termoelektrisk innretning med en liknende konstruksjon som illustrert på figurene.
Eksempelutførelsesformen benytter et fylt eller ikke-fylt, CoSb3-basert, termoelektrisk skutteruditt-konverteringsmateriale tiltenkt å operere ved høye temperaturer, dvs., temperaturer i området fra omtrent 0 °C til omtrent 800 °C.
I en eksempelutførelsesform av oppfinnelsen ifølge det første aspektet er slik oppfinnelsen en fremgangsmåte for å danne et forhåndsprosessert, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale for metallisering, sammenkobling og binding, der fremgangsmåten omfatter de følgende prosesstrinnene i suksessiv rekkefølge: - benytte minst ett element av et n-type eller p-type dopet, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale som har en første og andre overflate på motstående sider, - plassere minst ett element av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale i et deponeringskammer, og deretter: iv) deponere et første adhesjonssjikt av et første metall direkte på
den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet,
v) deponere et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialelementet,
vi) deponere et andre adhesjonssjikt av et tredje metall direkte på
diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet,
der
deponeringskammeret er enten et kjemisk dampdeponeringskammer,
et fysisk dampdeponeringskammer eller et atomisk deponeringskammer, og deponeringen av de ulike sjiktene i trinn i) til iii) blir oppnådd ved å tilføre forløpergaser med varierende kjemisk sammensetning inn i deponeringskammeret,
den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et
nitrid eller et oksid av det andre metallet,
deponere et første bindingssjikt av et metall A direkte på det andre adhesjonssjiktet på det første og andre overflate-elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, og
- deponere et andre bindingssjikt av et metall B direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, der
smeltepunktet til metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet til metall B for å danne en intermetallisk forbindelse ved faststoff-væske-interdiffusjon.
Eksempelutførelsesformen inkluderer også en termoelektrisk innretning for benyttelse av et fylt eller ikke-fylt, CoSb3-basert skutteruditt som det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet. Slik omfatter eksempelutførelsesformen av oppfinnelsen også en termoelektrisk innretning som omfatter: et antall av N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale av et fylt eller ikke-fylt, CoSb3-basert skutteruditt dopet til n-type ledningsevne og et antall N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale av et fylt eller ikke-fylt, CoSb3-basert skutteruditt dopet til p-type ledningsevne, der N er et heltall fra 1 til n,
et antall 2N+1 elektriske kontaktelementer som omfatter et første bindingssjikt av et metall A og et andre bindingssjikt av et metall B, og et første substrat i termisk kontakt med et varmereservoar og et andre substrat i termisk kontakt med et kjølereservoar,
der
de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N termoelektriske elementene av p-type ledningsevne er elektrisk sammenkoblet i serie ved de 2N+1 elektriske kontaktelementene, -
de termoelektriske elementene er bundet til de elektriske kontaktelementene med faste flytende interdiffusjonsbindinger, og - de termoelektriske elementene er på en første side i kontakt med det første substratet i termisk kontakt med et varmereservoar, og på en andre side motstående den første siden er det andre substratet i termisk kontakt med et kjølereservoar,
karakterisert vedat
hvert av de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N
termoelektriske elementene av p-type ledningsevne har på deres første og andre overflate: i) et første adhesjonssjikt av et første metall deponert direkte på
den første og andre overflaten,
ii) et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall deponert direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten,
iii) et andre adhesjonssjikt av et tredje metall deponert direkte på
diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten,
iv) et første bindingssjikt av et metall A deponert direkte på det
andre adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten, og
v) et andre bindingssjikt av et metall B deponert direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten,
der
- den ikke metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et nitrid eller et oksid av det andre metallet, - smeltepunktet for metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet for metall B, og - faststoff-væske-interdiffusjonsbindingene blir dannet ved henholdsvis å legge det andre bindingssjiktet av metall B på de termoelektriske elementene og de elektriske kontaktelementene slik at de vender mot hverandre og kontakter hverandre etterfulgt av en anløping som gjør at metall B i det andre bindingssjiktet smelter og reagerer med metall A i det første bindingssjiktet.
Hvert sjikt i ADA/SLID-strukturen i eksempelutførelsesformen kan ha den samme tykkelsen som gitt ovenfor i avsnittet «Beskrivelse av oppfinnelsen». I et spesielt foretrukket alternativ av eksempelutførelsesformen er også det første metallet i det første adhesjonssjiktet og det tredje metallet i det andre adhesjonssjiktet det samme metallet, og kan være ett av Cr, Ta eller Ti. Videre er den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet i denne eksempelutførelses-formen et nitrid av det samme metallet som er benyttet i adhesjonssjiktet, dvs., henholdsvis ett av CrN, TaN eller TiN. Og visere er metallet A i det første bindingssjiktet ett av Au, Ag, Cu, Ni, en Ni-V-legering med fra 6,5 til 7,5 atom% V, og metall B er ett av In eller Sn.
I et mer foretrukket alternativ av eksempelutførelsesformen er det første og andre adhesjonssjiktet et sjikt med minst 99,5 vekt% rent Ti, diffusjonsbarrieresjiktet er TiN, metallet A i det første bindingssjiktet i både TE-elementet og det elektriske kontaktelementet er Ni, og metall B i det andre bindingssjiktet i både TE-elementet og det elektriske kontaktelementet er Sn.
Kombinasjonen av å benytte et adhesjonssjikt av rent Ti som har mer enn 99,5 % renhet basert på den totale vekten av Ti-fasen, et diffusjonsbarrieresjikt av TiN og et kontaktsjikt av Ni har vist seg å tilveiebringe en spesielt robust metallisering som oppviser utmerkede elektriske og termiske ledningsevner for CoSb3-baserte, termoelektriske skutteruditt-konverteringsmaterialer, som enkelt og fast kan bindes til elektrodene på den termoelektriske innretningen ved å benytte SLID-teknologien. Det vil si at elektroden kan bli bundet til det CoSb3-baserte, termoelektriske skutteruditt-konverteringsmaterialet ved å deponere et kontaktsjikt av Ni og deretter et bindingssjikt av Sn på elektroden, og deretter binde dem sammen ved å presse bindingssjiktene av Sn sammen og deretter varme dem opp inntil Sn reagerer med Ni og danner én eller flere av de følgende intermetalliske forbindelsene Ni3Sn, NisSn2eller Ni3Sn4.
Oppfinneren har oppdaget at bindingsstyrken og den elektriske og termiske ledningsevnen i sjiktene som danner metalliseringsstrukturen kan bli signifikant forbedret ved i praksis å unngå enhver oksidering av metallfasene (Ti, Ni eller Sn) under og etter deponering. Det betyr at deponeringsprosessen fordelaktig bør bli utført i en beskyttet atmosfære praktisk talt uten oksygen (dvs., med mindre enn 50 ppm oksygen) eller laget i et vakuum (dvs., ved et trykk på mindre enn 1000 Pa). Alternativt, dersom håndteringen av det termoelektriske materialet etter dannelse av metalliseringen involverer eksponering overfor luft/oksygen, så kan den metalliske overflatedeponeringen inkludere deponering av 10 til 50 mm med Au på toppen av metallsjiktet som et oksidasjonsresistenssjikt. Oksidasjonsresistenssjiktet kan bli påført enten Ti-sjiktet (adhesjonssjiktet), kontaktsjiktet (Ni) eller bindingssjiktet (Sn) eller ett eller to av disse.

Claims (17)

1. Fremgangsmåte for dannelse av et forhåndsprosessert, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale for metallisering, sammenkobling og binding, der fremgangsmåten omfatter de følgende prosesstrinnene i suksessiv rekkefølge: - benytte minst ett element av et n-type eller p-type dopet, halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale som har en første og andre overflate på motstående sider, - plassere det minst ene elementet av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale i et deponeringskammer, og deretter: vii) deponere et første adhesjonssjikt av et første metall direkte på den første og andre overflaten til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, viii) deponere et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialelementet, ix) deponere et andre adhesjonssjikt av et tredje metall direkte på diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, hvor - deponeringskammeret er enten et kjemisk dampdeponeringskammer, et fysisk dampdeponeringskammer eller et atomisk deponeringskammer, og deponeringen av de ulike sjiktene i trinn i) til iii) blir oppnådd ved å tilføre forløpergasser med varierende kjemisk sammensetning inn i deponeringskammeret, - den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et nitrid eller et oksid av det andre metallet, deponere et første bindingssjikt av et metall A direkte på det andre adhesjonssjiktet på det første og andre overflate til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, og deponere et andre bindingssjikt av et metall B direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten til elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet, der smeltepunktet til metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet til metall B for å danne en intermetallisk forbindelse ved faststoff-væske-interdiffusjon.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet er et fylt eller ikke-fylt CoSb3-basert skutteruditt.
3. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-2, der det første metallet i det første adhesjonssjiktet og det andre metallet i det andre adhesjonssjiktet er det samme elementære metallet, og der den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er et nitrid eller et oksid av det samme elementære metallet som det første og andre metallet.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, der det elementære metallet av det første metallet i det første adhesjonssjiktet og det andre metallet i det andre adhesjonssjiktet er ett av Cr, Cu, Sn, Ta og Ti, og den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er et nitrid eller et oksid av én av Cr, Cu, Sn, Ta og Ti.
5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-4, der metallet A i det første bindingssjiktet er ett av de følgende elementære metallene: Au, Ag, Cu, Ni, Ni-V-legering med fra 6,5 til 7,5 atom% V, og metallet B i det andre bindingssjiktet er ett av de følgende elementære metallene: In eller Sn.
6. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-5, der det første og andre metallet er Ti med minst 99,5 vekt% renhet, den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er TiN, metallet A i det første bindingssjiktet er Ni og metallet B i det andre bindingssjiktet er Sn.
7. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-6, der: - tykkelsen på det første adhesjonssjiktet er i ett av de følgende områdene: fra 20 nm til 2 um, fra 50 nm til 1,5 um, fra 100 nm til 1,5 um, fra 200 nm til 1,5 um, eller fra 500 nm til 1,5 um, - tykkelsen på diffusjonsbarrieresjiktet er i ett av de følgende områdene: fra 50 til 5000 nm, fra 75 til 3000 nm, fra 100 til 2000 nm, fra 150 til 1000 nm, fra 150 til 750 nm, fra 200 til 500 nm, fra 200 til 400 nm, eller fra 200 til 300 nm, - tykkelsen på det andre adhesjonssjiktet er i ett av de følgende områdene: fra 20 nm til 1000 nm, fra 30 nm til 750 nm, fra 40 nm til 500 nm, fra 100 nm til 400 nm, eller fra 150 nm til 300 nm, - tykkelsen på det første bindingssjiktet av metall A er i ett av de de følgende områdene: fra 1 pm til 1 cm, fra 1 pm til 0,5 cm, fra 1 pm til 0,1 cm, fra 2 pm til 500 pm, fra 2 pm, til 100 pm, fra 2 pm til 50 pm, eller fra 3 pm til 10 pm, og - tykkelsen på det andre bindingssjiktet av metall B er i ett av de følgende områdene: fra 300 nm til 0,75 cm, 300 nm til 0,3 cm, 300 nm til 750 pm, fra 200 nm til 400 pm, fra 200 nm til 75 pm, fra 200 nm til 30 pm, eller fra 300 nm til 3 pm.
8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-7, der fremgangsmåten ytterligere omfatter deponering av et 10 til 50 nm tykt sjikt med Au direkte på ett av det første adhesjonssjiktet, det andre adhesjonssjiktet eller det første bindingssjiktet, eller to eller flere av disse.
9. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1-8, der henholdsvis det første og andre bindingssjiktet av metall A og B blir deponert ved å: - deponere ved dampdeponering det første bindingssjiktet av metall A direkte på det andre adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten av element av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet og det andre bindingssjiktet av metall B direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten av elementet av det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet i det samme dampdeponeringskammeret som benyttes til deponering av det første adhesjonssjiktet, diffusjonsbarrieresjiktet og den andre adhesjons-sjiktstrukturen, eller ved å: deponere ved elektroplettering eller ved strømløs plettering det første og andre bindingssjiktet.
10. Termoelektrisk innretning, omfattende: - et antall av N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale dopet til n-type ledningsevne og et antall N termoelektriske elementer av halvledende, termoelektrisk konverteringsmateriale dopet til p-type ledningsevne, der N er et heltall fra 1 til n, et antall 2N+1 elektriske kontaktelementer som omfatter et første bindingssjikt av et metall A og et andre bindingssjikt av et metall B, og et første substrat i termisk kontakt med et varmereservoar og et andre substrat i termisk kontakt med et kjølereservoar, der de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N termoelektriske elementene av p-type ledningsevne er elektrisk sammenkoblet i serie ved de 2N+1 elektriske kontaktene, de termoelektriske elementene er bundet til de elektriske kontakt elementene ved faststoff-væske interdiffusjonsbindinger, og de termoelektriske elementene er på en første side i kontakt med det første substratet i termisk kontakt med et varmereservoar, og på en andre side motstående den første siden er det andre substratet i termisk kontakt med et kjølereservoar, karakterisert vedat hvert av de N termoelektriske elementene av n-type ledningsevne og de N termoelektriske elementene av p-type ledningsevne har på deres første og andre overflate: vi) et første adhesjonssjikt av et første metall deponert direkte på den første og andre overflaten, vii) et diffusjonsbarrieresjikt av en ikke-metallisk forbindelse av et andre metall deponert direkte på det første adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten, viii) et andre adhesjonssjikt av et tredje metall deponert direkte på diffusjonsbarrieresjiktet av den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet på den første og andre overflaten, ix) et første bindingssjikt av et metall A deponert direkte på det andre adhesjonssjiktet på den første og andre overflaten, og x) et andre bindingssjikt av et metall B deponert direkte på det første bindingssjiktet på den første og andre overflaten, der - den ikke metalliske forbindelsen av det andre metallet er enten et nitrid eller et oksid av det andre metallet, smeltepunktet for metall A er høyere enn for metall B, og metall B er kjemisk reaktivt mot metall A på deres felles grenseflate når de utsettes for oppvarming til over smeltepunktet for metall B, og - faststoff-væske-interdiffusjonsbindingene blir dannet ved henholdsvis å legge det andre bindingssjiktet av metall B på de termoelektriske elementene og de elektriske kontaktelementene slik at de vender mot hverandre og kontakter hverandre etterfulgt av en varmebehandling som gjør at metall B i det andre bindingssjiktet smelter og reagerer med metall A i det første bindingssjiktet.
11. Termoelektrisk innretning ifølge krav 10, der det halvledende, termoelektriske konverteringsmaterialet er et fylt eller ikke-fylt CoSb3-basert skutteruditt.
12. Termoelektrisk element ifølge ethvert av kravene 10-11, der det første metallet i adhesjonssjiktet og det andre metallet i det andre adhesjonssjiktet er av det samme elementære metallet, og der den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er et nitrid eller et oksid av det samme elementære metallet som det første og andre metallet.
13. Termoelektrisk innretning ifølge krav 12, der det elementære metallet av det første metallet i det første adhesjonssjiktet og det andre metallet i det andre adhesjonssjiktet er ett av Cr, Cu, Sn, Ta og Ti, og den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er et nitrid eller et oksid av én av Cr, Cu, Sn, Ta og Ti.
14. Termoelektrisk element ifølge ethvert av kravene 10-13, der metallet A i det første bindingssjiktet er ett av de følgende elementære metallene: Au, Ag, Cu, Ni, Ni-V-legering med fra 6,5 til 7,5 atom% V, og metallet B i det andre bindingssjiktet er ett av de følgende elementære metallene: In eller Sn.
15. Termoelektrisk element ifølge ethvert av kravene 10-14, der det første og andre metallet er Ti med renhet på minst 99,5 vekt%, den ikke-metalliske forbindelsen av det andre metallet i diffusjonsbarrieresjiktet er TiN, metallet A i det første bindingssjiktet er Ni og metallet B i det andre bindingssjiktet er Sn.
16. Termoelektrisk element ifølge ethvert av kravene 10-15, der: - tykkelsen på det første adhesjonssjiktet er i ett av de følgende områdene, fra 20 nm til 2 um, fra 50 nm til 1,5 um, fra 100 nm til 1,5 um, fra 200 nm til 1,5 um, eller fra 500 nm til 1,5 um, - tykkelsen på diffusjonsbarrieresjiktet er i ett av de følgende områdene: fra 50 til 5000 nm, fra 75 til 3000 nm, fra 100 til 2000 nm, fra 150 til 1000 nm, fra 150 til 750 nm, fra 200 til 500 nm, fra 200 til 400 nm, eller fra 200 til 300 nm, - tykkelsen på det andre adhesjonssjiktet er i ett av de følgende områdene: fra 20 nm til 1000 nm, fra 30 nm til 750 nm, fra 40 nm til 500 nm, fra 100 nm til 400 nm, eller fra 150 nm til 300 nm, - tykkelsen på det første bindingssjiktet av metall A er i ett av de følgende områdene: fra 1 pm til 1 cm, fra 1 pm til 0,5 cm, fra 1 pm til 0,1 cm, fra 2 pm til 500 pm, fra 2 pm, til 100 pm, fra 2 pm til 50 pm, eller fra 3 pm til 10 pm, og - tykkelsen på det andre bindingssjiktet av metall B er i ett av de følgende områdene: fra 300 nm til 0,75 cm, 300 nm til 0,3 cm, 300 nm til 750 pm, fra 200 nm til 400 pm, fra 200 nm til 75 pm, fra 200 nm til 30 pm, eller fra 300 nm til 3 pm.
17. Termoelektrisk element ifølge ethvert av kravene 10-16, der fremgangsmåten ytterligere omfatter å deponere et 10 til 50 nm tykt sjikt med Au direkte på ett av det første adhesjonssjiktet, det andre adhesjonssjiktet, eller det første bindingssjiktet, eller to eller flere av disse.
NO20141357A 2014-11-12 2014-11-12 Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding NO20141357A1 (no)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20141357A NO20141357A1 (no) 2014-11-12 2014-11-12 Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding
CN201580073030.8A CN107427967B (zh) 2014-11-12 2015-11-11 用于预处理用于金属化、互连和接合的半导电热电材料的方法
EP15793809.3A EP3218941B1 (en) 2014-11-12 2015-11-11 Method for pre-processing semiconducting thermoelectric materials for metallization, interconnection and bonding
US15/525,776 US20180323358A1 (en) 2014-11-12 2015-11-11 Method for pre-processing semiconducting thermoelectric materials for metallization, interconnection and bonding
PCT/EP2015/076291 WO2016075185A1 (en) 2014-11-12 2015-11-11 Method for pre-processing semiconducting thermoelectric materials for metallization, interconnection and bonding
DK15793809.3T DK3218941T3 (en) 2014-11-12 2015-11-11 METHOD OF PRE-TREATMENT OF SEMI-CONDUCTIVE THERMO-ELECTRICAL MATERIALS FOR MATALIZATION, CONNECTION AND BINDING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20141357A NO20141357A1 (no) 2014-11-12 2014-11-12 Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20141357A1 true NO20141357A1 (no) 2016-05-13

Family

ID=54540082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20141357A NO20141357A1 (no) 2014-11-12 2014-11-12 Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180323358A1 (no)
EP (1) EP3218941B1 (no)
CN (1) CN107427967B (no)
DK (1) DK3218941T3 (no)
NO (1) NO20141357A1 (no)
WO (1) WO2016075185A1 (no)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115502538A (zh) * 2022-09-19 2022-12-23 哈尔滨工业大学 一种以MAX或Mxene为阻隔层的方钴矿基热电材料与金属电极的连接方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6451866B2 (ja) * 2015-11-16 2019-01-16 株式会社豊田中央研究所 接合構造体およびその製造方法
NO341705B1 (en) * 2016-02-22 2018-01-02 Tegma As Thermoelectric half-cell and method of production
JP6909062B2 (ja) * 2017-06-14 2021-07-28 株式会社Kelk 熱電モジュール
EP3428980B1 (en) 2017-07-14 2020-05-06 European Thermodynamics Limited A thermoelectric module
ES2928498T3 (es) 2019-05-07 2022-11-18 Light Med Usa Inc Método de fase líquida transitoria de plata-indio de unión de dispositivo semiconductor y soporte de dispersión de calor y estructura semiconductora que tiene una junta de unión de fase líquida transitoria de plata-indio
CN114402445A (zh) * 2019-12-25 2022-04-26 松下知识产权经营株式会社 热电转换元件、热电转换组件、接合材料、制造热电转换元件的方法
CN112621116B (zh) * 2020-12-07 2022-07-01 哈尔滨工业大学 一种用于方钴矿热电材料与Cu基电极的低温纳米连接方法
US12113044B2 (en) * 2022-02-18 2024-10-08 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor package and manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241153A1 (en) * 2009-10-05 2011-10-06 Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Method for thin film thermoelectric module fabrication
US20130152990A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-20 Hong-Jen Lai Solid-liquid interdiffusion bonding structure of thermoelectric module and fabricating method thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5429680A (en) * 1993-11-19 1995-07-04 Fuschetti; Dean F. Thermoelectric heat pump
US6388185B1 (en) * 1998-08-07 2002-05-14 California Institute Of Technology Microfabricated thermoelectric power-generation devices
JP2002043637A (ja) * 2000-07-24 2002-02-08 Aisin Seiki Co Ltd 熱電デバイス
RU2425434C2 (ru) * 2009-10-22 2011-07-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" Способ изготовления термоэлектрического модуля с увеличенным сроком службы
KR102094995B1 (ko) * 2012-10-08 2020-03-31 삼성전자주식회사 열전모듈, 이를 구비한 열전장치, 및 열전모듈의 제조방법
KR20140050390A (ko) * 2012-10-19 2014-04-29 삼성전자주식회사 열전모듈, 이를 구비한 열전장치, 및 열전모듈의 제조방법
TWI492429B (zh) * 2013-04-10 2015-07-11 中國鋼鐵股份有限公司 多層熱電模組與其製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241153A1 (en) * 2009-10-05 2011-10-06 Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Method for thin film thermoelectric module fabrication
US20130152990A1 (en) * 2011-12-20 2013-06-20 Hong-Jen Lai Solid-liquid interdiffusion bonding structure of thermoelectric module and fabricating method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115502538A (zh) * 2022-09-19 2022-12-23 哈尔滨工业大学 一种以MAX或Mxene为阻隔层的方钴矿基热电材料与金属电极的连接方法
CN115502538B (zh) * 2022-09-19 2023-08-11 哈尔滨工业大学 一种方钴矿基热电材料与金属电极的连接方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3218941B1 (en) 2018-08-22
DK3218941T3 (en) 2018-11-12
CN107427967A (zh) 2017-12-01
WO2016075185A1 (en) 2016-05-19
US20180323358A1 (en) 2018-11-08
EP3218941A1 (en) 2017-09-20
CN107427967B (zh) 2019-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO20141357A1 (no) Fremgangsmåte for forhåndsprosessering av halvledende, termoelektriske materialer for metallisering, sammenkobling og binding
He et al. Thermoelectric devices: a review of devices, architectures, and contact optimization
KR101876947B1 (ko) 나노 구조의 벌크소재를 이용한 열전소자와 이를 포함하는 열전모듈 및 그의 제조 방법
CN102449790B (zh) 涂覆有保护层的热电材料
Hsieh et al. Electroless Co-P diffusion barrier for n-PbTe thermoelectric material
EP3420602B1 (en) Thermoelectric half-cell and method of production
CN105637662A (zh) 热电发电模块
WO2019090526A1 (zh) 一种高性能热电器件及其超快速制备方法
KR20170102300A (ko) 벌크 테트라헤드라이트 재료를 위한 전기적 및 열적 접촉부 및 그 제조 방법
EP3553838B1 (en) Thermoelectric module
Wang et al. High-performance Sb2Si2Te6 thermoelectric device
Chen et al. Design of diffusion barrier and buffer layers for β-Zn4Sb3 mid-temperature thermoelectric modules
CN107210354B (zh) 制造密封热电模块的方法
CN105591019A (zh) 热电元件和热电模块
Wu et al. Ultra‐Fast One‐Step Fabrication of Cu2Se Thermoelectric Legs With Ni–Al Electrodes by Plasma‐Activated Reactive Sintering Technique
JP2001135868A (ja) 熱電変換素子
RU2601243C1 (ru) Способ получения термоэлектрического элемента
US20170194546A1 (en) Skutterudite thermoelectric materials and methods for making
KR102340798B1 (ko) 열전 소자 및 이를 포함하는 열전 모듈
Zhang et al. Low-Cost Magnesium-Based Thermoelectric Materials: Progress, Challenges, and Enhancements
KR102531839B1 (ko) 다층 확산방지층을 포함하는 열전 소재 및 이를 구비하는 열전 소자
KR102363224B1 (ko) 다층 확산방지층을 포함하는 열전 소재 및 이를 구비하는 열전 소자