TWI266401B - Thermoelectric nano-wire devices - Google Patents

Thermoelectric nano-wire devices Download PDF

Info

Publication number
TWI266401B
TWI266401B TW094114122A TW94114122A TWI266401B TW I266401 B TWI266401 B TW I266401B TW 094114122 A TW094114122 A TW 094114122A TW 94114122 A TW94114122 A TW 94114122A TW I266401 B TWI266401 B TW I266401B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
dielectric material
porous
nanowire
microelectronic
Prior art date
Application number
TW094114122A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200608548A (en
Inventor
Shriram Ramanathan
Gregory Chrysler
Original Assignee
Intel Corp
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 Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of TW200608548A publication Critical patent/TW200608548A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI266401B publication Critical patent/TWI266401B/zh

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13Thermoelectric 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 heat-exchanging means at the junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/38Cooling arrangements using the Peltier effect
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17Thermoelectric 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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/853Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising arsenic, antimony or bismuth
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01019Potassium [K]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01079Gold [Au]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

1266401 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關微電子裝置的製造。本發明係有關將熱 電奈米線裝置置入微電子組合件中以便冷卻微電子晶粒中 之熱點。 【先前技術】 •積體電路組件的更高之效能、更低之成本、尺寸之進 一步微縮、以及積體電路的更大之封裝密度都是電腦工業 的不斷追求之目標。當達到這些目標時,微電子晶粒變得 更小。因此,微電子晶粒中之積體電路組件的電力消耗密 ' 度增加了,因而又增加了微電子晶粒的平均接面溫度。如 ' 果微電子晶粒的溫度變得太高,則微電子晶粒的積體電路 可能會受損或被破壞。 各種裝置及技術已被且目前正被用來自微電子晶粒散 #熱。一種此類的散熱技術涉及將大表面積的散熱片貼附到 微電子晶粒。圖 21示出一組合件(400 ),該組合件( 400 )包含一微電子晶粒(402 )(圖中示爲一覆晶),而 係由在微電子晶粒(402 )的一主動區表面上的銲墊(_ 中未示出)與一基板( 404 )上的銲接區(圖中未示出) 之間延伸的複數個銲球(406 )將該微電子晶粒(402 )在 實體上及電性上連接到該基板(4〇4 )(例如,一內插板 或一主機板等的基板)。 一導熱黏著劑(414)將一大表面積的散熱片(408) (2) 1266401 連接到微電子晶粒(402)的一背面(412)。通常利用諸 如銅、鋁、以及以上金屬的合金等的導熱材料構成該大表 面積的散熱片(408 )。熱傳導效應將微電子晶粒(4〇2 ) 產生的熱汲取到散熱片(4 0 8 )(依循最小熱阻的路徑) 〇 通常使用大表面積的散熱片( 408 ),這是因爲自一 散熱片散發的熱與該散熱片的表面積大致成正比。大表面 # 積的散熱片(408 )通常包含沿著與微電子晶粒(402 )大 致垂直的方向延伸之複數個突起(416)。當然,我們當 了解,突起(4 1 6 )可包括(但不限於)伸長的平面鰭狀 結構及圓柱狀/柱狀結構。突起(4 1 6 )的大表面積可將 熱自突起(4 1 6 )以對流方式散發到大表面積的散熱片( * 408)周圍的空氣中。然而,雖然大表面積的散熱片被用 於各種微電子應用,但是該等散熱片在自產生大量熱的的 微電子晶粒散熱上並未完成成功。 • 造成此種不成功的一個問題是一些高功率的電路通常 係位於微電子晶粒(402 )內的相互接近處。該等高功率 電路的集中造成一些高熱的區域或“熱點”。現有的散熱 片解決方案只是大致均勻地自微電子晶粒(402 )汲取熱 量,但並未補償該等熱點。因此,在這些熱點上或接近這 些熱點的電路可能會因熱而受損,因而可能嚴重影響到可 靠性及長期效能。 因此,開發出可有效地自微電子晶粒散熱且可同時補 償微電子晶粒內的諸如熱點等的熱變化之裝置及技術將是 -5- (3) 1266401 有效益的。 【發明內容】 本發明揭示了製造一散熱元件之裝置及方法,該散熱 元件包含以奈米線製造的至少一個熱電元件,用以自一微 電子晶粒上的至少一個高熱區汲取熱量。可利用含鉍材料 形成該等奈米線,且可叢集該等奈米線以得到最佳效能。 【實施方式】 在下文的詳細說明中,將參照以舉例方式示出可實施 本發明的特定實施例之附圖。係以充分的細節說明這些實 1 施例,使熟習此項技術者能夠實施本發明。我們當了解, - 雖然本發明的各實施例是不同的,但不必然是互斥的。例 如,本說明書中參照一實施例中述及的一特定的特性、結 構、或特徵可在不脫離本發明的精神及範圍下被實施於其 @他的實施例內。此外,我們當了解,可在不脫離本發明的 精神及範圍下,修改所揭示的每一實施例內的個別元件之 位置或配置。因此,不應以限制之方式採取下文之詳細說 明,且只由經適當詮釋的最後之申請專利範圍以及這些申 請專利範圍應享有的完整等效範圍界定本發明的範圍。在 該等圖式中,相同的代號在所有圖式中參照到相同的或類 似的功能。 本發明包含一散熱元件,該散熱元件包含以奈米線製 造的至少一個熱電元件,用以自一微電子晶粒上的至少一 -6- (4) 1266401 個高熱區(亦即,“熱點”)汲取熱量。此種熱電元件是此 項技術中習知的,且此種熱電元件本質上是被用來作爲熱 泵之固態元件。一種例示元件是由兩個電極以及介於該等 兩個電極之間的一陣列的小碲化鉍立方體形成之一夾層。 當在該等兩個電極之間施加一低電壓直流電源時,熱沿著 自正電極至負電極的電流方向移動。 圖1至 20示出根據本發明而製造熱電元件及其實 # 施例之方法。圖1示出具有一熱移除表面(104)的微 電子晶粒(102 )之一部分。在微電子晶粒熱移除表面( 104 )上形成一隔離層(106 ),用以提供與微電子晶粒( 1 02 )間之電隔離。可以此項技術中習知的任技法沈積或 生長隔離層(106)至大約 0.1微米與 ι·〇微米間之一 ’ 厚度。隔離層(1 06 )可以是任何適當的絕緣材料,其中 包括(但不限於)二氧化矽及氮化矽等的絕緣材料。 圖 2示出在隔離層(106)上製造一第一電極(112 •)。可以此項技術中習知的其中包括(但不限於)微影之 任何方法製造第一電極(1 1 2 )。第一電極(1 1 2 )可以是 諸如銅、鋁、金、銀、以及上述金屬的合金等的任何適當 之導電材料。 如圖 3所示,在第一電極(112)及隔離層(1〇6) 的一部分之上配置一介電層(114)。介電層(114)可包 括(但不限於)諸如多孔性二氧化矽及多孔性氧化鋁等的 多孔性材料。如熟習此項.技術者所習知的,可使用諸如陽 極氧化(anodization )等的方法來生長多孔性氧化銘薄膜 -7- (5) 1266401 圖 4示出自介電層(n4)的一第一表面(U6)延 伸經過介電層(Π 4 )而接觸第一電極(1 1 2 )之至少一條 奈米線(1 22 ) °係將術語“奈米線”定義爲具有大約 1 000奈米或小的奈米尺度的量測直徑之導線。在一實施 例中,奈米線(122 )可具有介於大約1奈米與100奈 米之間的一直徑。該等奈米線(122)最好是大致垂直於 籲第一電極(112)。 如圖 5所示,如熟習此項技術者所習知的,可以諸 如電子束銑削(圖中示爲箭頭(128))等的方法形成自 介電層第一表面(116)通過介電層(114)至第一電極( * 1 1 2 )的若千奈米尺度的開孔(1 24 )。如圖 6所示,在 、 介電層(114)之上沈積一導電材料(126),使導電材料 (126 )塡滿奈米尺度的開孔(124 ),以便接觸第一電極 (112)。可以此項技術中習知的其中包括(但不限於) •電沈積、濺鍍、及化學汽相沈積等的任何技術沈積導電材 料(12 6 )。可利用其中包括(但不限於)含鉍材料(包 括大致純的鉍及碲化祕等的材料)的任何適當料製造奈米 線(1 2 2 )。以諸如触刻或硏磨法去除過量的導電材料( 126),而留下奈米尺度的開孔(124)(請參閱圖5)內 之導電材料(1 26 ),以便形成諸如圖4所示之分離的 奈米線(1 2 2 )。 如果將一多孔性材料用於介電層(1 1 4 ),則可在介 電層(1 1 4 )上直接沈積奈米線(i 22 )所用的材料,其中 -8- (6) 1266401 該材料延伸通過多孔性介電層(1 1 4 )中之空洞。例如, 如圖 7所示,可在介電層(114)上產生諸如一光阻層 等的一罩幕層(132),且具有介電層(114)上的與第一 電極(112)相對之一罩幕層開孔(134)。如圖8所示 ’在罩幕層(132)之上沈積導電材料(126)到罩幕層開 孔(1 3 4 ),以便接觸介電層(1 1 4 )的一部分,並延伸通 過多孔性介電層(1 1 4 )中之空洞(圖中未示出),而接 ®觸第一電極(1 1 2 )。以諸如蝕刻或硏磨法除過量的導電 材料(126)及罩幕層(132),而留下該等空洞內的導電 材料(1 2 6 ),以便形成諸如圖4所示之分離的奈米線 (122 ) ° 圖 9示出在介電材料第一表面(116)上形成的且 與奈米線(122)接觸的一第二電極(136)。可由其中包 括(但不限於)微影法的此項技術中習知之任何方法製造 第二電極(136)。第二電極(136)可以是諸如銅、鋁、 胃金、銀、以及上述金屬的合金等的任何導電材料。 圖10示出一完成的熱電奈米線元件(140),其中 自一直流電源(1 44 )延伸的帶負電線路(示爲線(1 42 ) )可被連接到第二電極(1 3 6 ),且自該直流電源(1 44 ) 延伸的一帶正電線路(示爲線(1 4 6 ))可被連接到第一 電極(Π2)。因此,熱沿著自第一電極(112)至第二電 極(1 3 6 )的電流方向移動。當然,我們當了解,可分別 於第一電極(1 1 2 )及第二電極(1 3 6 )的形成期間製造帶 正電線路(146 )及帶負電線路(142 )。 -9- (7) 1266401 如圖11所示,可將一介面(152)置於第二電極( 1 3 6 )以及介電材料(1丨4 )的一些部分之上,且可將諸如 散熱塊或鰭狀散熱片等的一散熱元件(154)置於熱介面 材料(152 )上,以便移除被傳導到第二電極(136 )的熱 ,並使熱(¾微電子晶粒(102 )散開。介面(152 )可以是 一熱介面材料或以與該第二電極接觸的方式形成之一散熱 片(例如沈積銅等的沈積金屬)等的介面。散熱元件( • 154 )可以是其中包括(但不限於)銅、銅合金、鋁、及 鋁合金等的任何導熱材料。在此種組態中,如果介面( 152)及(或)散熱元件(154)是導電的,則可將帶負電 線路(1 4 2 )連接到介面(i 5 2 )及(或)散熱元件(1 5 4 • ),而介面(152)及(或)散熱元件(154)將被用來完 、 成熱電奈米線元件(1 4 〇 )的電路。 當然,我們當了解,可視需要而將複數個熱電奈米線 元件(1 40 )分佈在微電子晶粒(i 〇2 )之上。此外,如圖 φ 12所示,可在一單一的第一電極(II2)與一單一的第二 電極(136 )之間配置諸如叢集(162 )及(164 )等的多 個奈米線叢集。此外,可針對微電子晶粒上的一特定熱分 佈圖(thermal profile )而調整該熱電奈米線元件。如圖 1 3 (微電子晶粒(1 02 )的一俯視圖)所示,微電子晶粒 (1 02 )可具有如圖所示的一熱分佈圖,該熱分佈圖具有 一高熱度區(172)、圍繞高熱度區(172)的一中間熱度 區(174)、圍繞中間熱度區(174)的一低熱度區(176 )、以及在微電子晶粒(1 0 2 )的其餘部分之一較冷區( -10- (8) 1266401 178 )。如圖14所示,可將奈米線(122 )較高密度地 配置在高熱度區(1 72 ),較低密度地配置在中間熱度區 (1 7 4 ),更低密度地配置在低熱度區(1 7 6 ),且不分佈 在較冷區(1 7 8 )。被較高密度配置的奈米線移除比被較 低密度配置的奈米線所能移除的更多的熱量。因此,可針 對特定的應用而調整熱電奈米線元件(1 40 ) ° 已發現奈米線較低的維度(亦即,接近一維)可增強 % 元件的熱電特性,且因而可達到比習知的熱電冷卻器更有 效率的冷卻效果。 本發明有數項優於習知冷卻系統之處,這些優點潛在 上包括(但不限於):(1 )將冷卻解決方案直接整合在 ' 晶粒上,因而減少了微電子晶粒與散熱元件間之介面數, ' 而任何介面都將因有限的導熱度而產生一溫度梯度;以及 (2 )奈米線因較低的維度而增強的熱電特性可增加該冷 卻解決方案的效率,因而又可減少於擷取習知熱電冷卻器 #所能擷取的類似熱量時所需的電力。 係按照無維度的質優値 “ZT”(T是絕對溫度,且 Z =α2/(ρλ),其中 α 是 Seeback係數,ρ 是電阻 係數,以及 λ 是導熱度)來評估熱電材料在冷卻( Peltier效應)上及產生(Seebeck效應)上的效能。肉 眼可見的元素之 ZT典型値是大約 1。一般而言,當結 構的尺寸變得較小時,將增強 ZT。當本發明的線之直徑 接近奈米尺度時,可得到1 · 5或更大的値。熟悉此項技 術者當可了解,對奈米線長度的選擇可基於介電層的有效 -11 - (9) 1266401 導熱度及奈米線的熱電效能。此種方式可能是一種最佳作 業,且係取決於功率、功率分佈圖、及整體構裝的電阻値 〇 可建立奈米尺度熱電線的效能之模型,以便決定對增 強式 ZT的影響。圖15及16示出分別呈現1·〇及 1.5的 ZT的奈米線在一範圍的係爲線長的函數的功率 輸入中所能實現的溫度降低。如圖 1 5及 16所示,使 • 用奈米線時,將使微電子晶粒上的最高溫度有較大的降低 ,且實現這些較低溫度時只需有較低功率輸入。造成最大 的溫度降低之線長也係取決於奈米線的 ZT値。 圖 17示出在大約攝氏 102.5度的一接面溫度(Tj )下配合一銅均熱片(heat spreader)而將奈米線用於熱 • 電元件的效益與單獨使用一銅均熱片間之一比較模型。於 使用該熱電奈米線元件時,實現了接面溫度大約有攝氏 1 1 · 7 3度的降低,也就是大約有 1 1 %的溫度降低。係利 #用一個1平方厘米的微電子晶粒之各項參數產生圖17 所示之模型,其中係對該微電子晶粒均勻地供電到 ! 〇〇 瓦/平方厘米之功率密度,其中包括被供電到 800 1 00 瓦/平方厘米的功率密度之位於中心上的一 0.5毫米 X 〇·5毫米之“熱點”。將一熱介面材料及一散熱片模型化 爲接觸該微電子晶粒的背面,也將一熱電奈米線元件模型 化爲觸該微電子晶粒的背面。將該熱電奈米線元件模型爲 有 3晕米 X 3毫米的量測面積,且該熱電奈米線元件 具有厚度維 10微米的若干成分。該等成分的橫斷面積 -12- (10) 1266401 佔用了該熱電冷卻器總面積的 8 0 % (亦即,3毫米 X 3 毫米總面積的 80% )。將該熱電冷卻器的質優値 “ζτ” 模型化爲 3,且將匱I ,繞該微m子*晶粒6勺環境溫度f莫SH匕胃 攝氏25度。 圖 1 8示出本發明的一微電子組合件(1 8 0 ),該微 電子組合件(180 )包含在微電子晶粒(102 )(圖中示爲 一覆晶)上的一熱電奈米線元件層(1 8 2 )(包含前文所 參述之熱電奈米線元件(140)(圖中未示出)°可以與熱 電奈米線元件層(182)接觸之方式放置一散熱元件(154 )。可以複數個銲球(186)將微電子晶粒(102)在實體 上及電性上連接到一基板(1 84 )。散熱元件(1 54 )可包 ‘ 含自該元件延伸的複數個突起(188)。通常於形成散熱 - 元件(154 )期間模製該等突起(188 ),或於形成散熱元 件(1 5 4 )之後切削出該等突起(1 8 8 )。當然,我們當了 解,突起(1 8 8 )可包括(但不限於)伸長的平面鰭狀結 ©構(垂直於該圖而延伸)及圓柱狀/柱狀結構。 如圖19所示,可將本發明形成的構裝用於諸如一 細胞式電話或一個人數位助理(Personal Digital Assistant ;簡稱 PDA)等的一手持裝置(210)。手持裝置(210 )可包含在一外殼( 240 )內的具有至少一個微電子元件 組合件(23 0 )之一裝置基板(220 ),該等微電子元件組 合件(2 3 0 )包括(但不限於)中央處理單元(Centrai Processing Unit ·,簡稱CPU)、晶片組、記憶體元件、以 及特定應用積體電路(ASIC)等的微電子元件組合件,且 -13- (11) 1266401 該等微電卞兀件組合件( 230)具有至少一個前文所述的 熱電奈米線元件(140)(圖中未示出)及(或)熱電奈 米線元件(1 7 0 )。可將裝置基板(2 2 〇 )連接到其中包括 諸如一按鍵組(25 0 )等的一輸入裝置以及諸如一 [CD 顯示器(260)等的一顯示裝置之各種周邊裝置。 如圖20所示,亦可將本發明形成的微電子元件組 合件用於一電腦系統(3 1 0 )。電腦系統(3丨〇 )可包含在 馨一外殼或機殼(340)內的具有至少一個微電子元件組合 件(330)之一裝置基板或主機板(3 2〇),該等微電子元 件組合件(3 3 0 )包括(但不限於)中央處理單元(c P U )、晶片組、記憶體元件、以及特定應用積體電路(ASIC )等的微電子元件組合件,且該等微電子元件組合件( ' 33〇)具有至少一個前文所述的熱電奈米線元件(140)(
圖中未示出)及(或)熱電奈米線元件(170)。可將裝 置基板或主機板(3 20 )連接到其中包括諸如一鍵盤(350 ❿)AO 一滑鼠(3 60 )等的輸入裝置以及諸如一陰極射線管 (CRT )監視器( 3 70 )等的一顯示裝置之各種周邊裝置 〇 至此已詳細說明了本發明的實施例,我們當了解,由 最後的申請專利範圍界定的本發明並不受限於前文說明中 述及的特定細節,這是因爲可在不脫離本發明的精神或範 圍下作出該等細節的許多顯而易見的變化。 -14- (12) 1266401 【圖式簡單說明】 雖然將以明確指出且明顯聲明應被視爲本發明主題的 申請專利範圍結束本說明書,但是可參照前文中對本發明 的說明並配合各附圖,而更易於確定本發明的優點,這些 附圖包括: 圖1是根據本發明的具有被配置在一隔離層的一微 電子晶粒之一橫斷面側視圖; 馨圖2是根據本發明的在圖1所示的隔離層上形成 的一第一電極之一橫斷面側視圖; 圖 3 疋根據本發明的在圖 2所不的該第一電極及 該隔離層的一部分之上配置的一介電層之一橫斷面側視圖 9 • 圖 4是根據本發明而形成通過圖 3所示的該介電 層的若干奈米線之一橫斷面側視圖; 圖 5及 6是根據本發明而藉由形成該介電層中之 IP開孔而形成通過該介電層的若干奈米線之橫斷面側視圖; 圖 7及 8是根據本發明而形成通過該介電層中之 空洞的若千奈米線之橫斷面側視圖; 圖9是根據本發明而在該介電層上形成一第二電極 之一橫斷面圖; 圖 1 0是根據本發明的一熱電奈米線元件之一橫斷 面圖; 圖11是根據本發明的接觸具有一介面的該熱電奈米 線元件的一散熱元件之一橫斷面圖; -15- (13) 1266401 圖 12是根據本發明的在一熱電奈米線元件中之若 干奈米線叢集之一橫斷面圖; 圖 1 3是根據本發明的一微電子晶粒及其上的一熱 分佈圖之一上平視圖; 圖 1 4是根據本發明而爲了匹配該微電子晶粒的該 熱分佈圖而改變的奈米線密度的沿著圖 13中之 1 1 4 線截取之一橫斷面圖; 圖 15及 16示出根據本發明而使用奈米尺度熱電 線之效能增強; 圖1 7示出根據本發明而使用一熱電奈米線元^牛2 接面溫度改善; 圖 1 8是根據本發明而被連接到一基板的一微β + 晶粒之一側視圖; 圖19是根據本發明而具有被整合在其中之一機 子組合件的一手持裝置之一斜視圖; 圖 20是根據本發明而具有被整合在其中之一微€ 子組合件的一電腦系統之一斜視圖;以及 圖 2 1是此項技術中習知的被連接到一基板的—^ 電子晶粒之一側視圖。 【主要元件符號說明】 400 組合件 402.1 02 微電子晶粒 406.1 86 銲球 -16- (14) 1266401
404,184 丨基 板 4 14 導 熱 黏 著 劑 4 12 背 面 408 散 熱 片 416918ί ί 突 起 1 04 熱 移 除 表 面 1 06 隔 離 層 112 第 —* 電 極 114 介 電 層 116 第 一 表 面 122 奈 米 線 128 電 子 束 銳 削 124 奈 米 尺 度 的 開 孔 126 導 電 材 料 132 罩 幕 層 134 罩 幕 層 開 孔 136 第 二 電 極 140,170 熱 電 奈 米 線 元 件 144 直 流 電 源 142 帶 負 電 線 路 146 帶 正 電 線 路 152 介 面 154 散 熱 元 件 162,164 奈 米 線 叢 集 -17- (15)1266401 1 72 局 熱 度 區 1 74 中 間 熱 度 T& 1 76 低 熱 度 1 78 較 冷 區 180 微 電 子 組 合 件 2 10 手 持 裝 置 220,320 裝 置 基 板 230,330 微 電 子 元 件 組 合件 240,340 外 殼 250 按 鍵 組 260 液 晶 顯 示 器 3 10 電 腦 系 統 350 鍵 盤 360 滑 鼠 370 陰 極 射 線 管 監 視器 -18-

Claims (1)

  1. (1) 1266401 十、申請專利範圍 1· 一種熱電裝置,包含: 一第一電極; 接近該第一電極的一介電材料; 在該第一電極對面的一第二電極,且在該第一電極與 該第二電極之間配置有該介電材料;以及 延伸於該第一電極與該第二電極之間的至少一條奈米 鲁線。 2 ·如申請專利範圍第 1項之裝置,其中該等至少 一條奈米線包含一含鉍材料。 3 ·如申請專利範圍第 1項之裝置,其中該介電材 - 料包含一多孔性介電材料。 - 4 ·如申請專利範圍第 3項之裝置,其中該多孔性 介電材料包含多孔性氧化鋁。 5 ·如申請專利範圍第 1項之裝置,進一步包含在 Φ電性上被連接到該第一電極的一帶負電線路、以及在電性 上被連接到該第二電極的一帶正電線路。 6· —種熱電構裝,包含: 一微電子晶粒,該微電子晶粒具有於操作時的散熱率 局於該微電子晶粒的其餘部分之至少一·個區域; 接近包含該較高熱區域的該微電子晶粒之一第一電極 9 接近該第一電極之一介電材料; 在該第一電極對面的一第二電極,且在該第一電極與 -19- (2) 1266401 該第二電極之間配置有該介電材料;以及 延伸於該第一電極與該第二電極之間的複數條奈米線 〇 7 ·如申請專利範圍第 6項之構裝,其中該等奈米 線係以一較高的密度散佈在接近該等至少一個較高散熱率 區域。 8 ·如申請專利範圍第 6項之構裝,其中該等至少 # 一條奈米線包含一含鉍材料。 9.如申請專利範圍第 6項之構裝,其中該介電材 料包含一多孔性介電材料。 10·如申請專利範圍第 9項之構裝,其中該多孔性 介電材料包含多孔性氧化鋁。 " 1 1 ·如申請專利範圍第 6項之構裝,進一步包含在 電性上被連接到該第一電極的一帶負電線路、以及在電性 上被連接到該第二電極的一帶正電線路。 • 12· —種製造微電子裝置之方法,包含下列步驟: 提供一第一電極; 在接近該第一電極處配置一介電材料; 形成通過該介電材料的至少一條奈米尺度的開孔; 在該等至少一條奈米尺度的開孔內配置一導電材料, 以便形成與該第一電極接觸的至少一條奈米線;以及 在該弟一電極封面處形成一第一^電極,且在該第s電 極與該第二電極之間配置有該介電材料,其中該第二電極 接觸該等至少一條奈米線。 -20- (3) 1266401 3 ·如申請專利範圍第1 2項之方法,其中配朦# 導電材Μ ^ 的該步驟包含下列步驟:配置一含鉍材料。 14·如申請專利範圍第I2項之方法,其中配霞該 力電材料的該步驟包含下列步驟:配置一多孔性介電材料 〇 15·如申請專利範圍第丨4項之方法,其中配廈該 夕孔丨生介電材料的該步驟包含下列步驟:配置多孔性氧 _銘。 16·如申請專利範圍第12項之方法,進一步包含 下列步驟:形成在電性上被連接到該第一電極的一帶負電 .’線路;以及形成在電性上被連接到該第二電極的一帶正電 線路。 17· —種製造微電子裝置之方法,包含下列步驟: 提供一第一電極; 在接近該第一電極處配置一多孔性介電材料; 在該多孔性介電材料上配置一導電材料,其中該導電 材料延伸通過該多孔性材料中之至少一個開孔,而形成與 該第一電極接觸的至少一條奈米線;以及 在該第一電極對面處形成一第二電極,且在該第一電 極與該第二電極之間配置有該介電材料,其中該第二電極 接觸該等至少一條奈米線。 1 8.如申請專利範圍第 1 7項之方法,其中在該多 孔性介電材料上配置該導電材料之該步驟包含下列步驟: 在該多孔性介電材料上配置一含鉍材料。 -21 - (4) 1266401 19.如申請專利範圍第17項之方法,其中配置該 多孔性介電材料的該步驟包含下列步驟··配置多孔性氧化 鋁。 20·如申請專利範圍第17項之方法,進一步包含 下列步驟:形成在電性上被連接到該第一電極的一帶負電 線路;以及形成在電性上被連接到該第二電極的一帶正電 線路。 • 21· —種電子系統,包含: 在一外殼內的一外部基板; 被連接到該電子系統的至少一個微電子元件構裝,該 等至少一個微電子元件構裝具有至少一個熱電元件,該等 至少一個熱電元件包含: • 一第一電極; 接近該第一電極之一介電材料; 在該第一電極對面的一第二電極,且在該第一電極與 Φ該第二電極之間配置有該介電材料;以及 延伸於該第一電極與該第二電極之間的至少一條奈米 線, 與該電子系統介接的一輸入裝置;以及 與該電子系統介接的一顯示裝置。 22·如申請專利範圍第 21項之系統,其中該等至 少一條奈米線包含一含鉍材料。 23 ·如申請專利範圍第 21項之系統,其中該介電 材料包含一多孔性介電材料。 -22- (5) 1266401 24. 如申請專利範圍第 23項之系統,其中該多孔 性介電材料包含多孔性氧化鋁。 25. 如申請專利範圍第 21項之系統,其中該熱電 元件進一步包含在電性上被連接到該第一電極的一帶負電 線路、以及在電性上被連接到該第二電極的一帶正電線路
    -23-
TW094114122A 2004-05-19 2005-05-02 Thermoelectric nano-wire devices TWI266401B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/849,964 US20050257821A1 (en) 2004-05-19 2004-05-19 Thermoelectric nano-wire devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200608548A TW200608548A (en) 2006-03-01
TWI266401B true TWI266401B (en) 2006-11-11

Family

ID=35079409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW094114122A TWI266401B (en) 2004-05-19 2005-05-02 Thermoelectric nano-wire devices

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20050257821A1 (zh)
JP (1) JP4307506B2 (zh)
KR (1) KR100865595B1 (zh)
CN (1) CN100592541C (zh)
DE (1) DE112005001094B4 (zh)
TW (1) TWI266401B (zh)
WO (1) WO2005119800A2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960258B2 (en) 2008-02-15 2011-06-14 National Chiao Tung University Method for fabricating nanoscale thermoelectric device

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7309830B2 (en) * 2005-05-03 2007-12-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Nanostructured bulk thermoelectric material
US20060243315A1 (en) * 2005-04-29 2006-11-02 Chrysler Gregory M Gap-filling in electronic assemblies including a TEC structure
US7635600B2 (en) * 2005-11-16 2009-12-22 Sharp Laboratories Of America, Inc. Photovoltaic structure with a conductive nanowire array electrode
WO2008027078A2 (en) * 2006-03-15 2008-03-06 President And Fellows Of Harvard College Nanobioelectronics
US9299634B2 (en) * 2006-05-16 2016-03-29 Broadcom Corporation Method and apparatus for cooling semiconductor device hot blocks and large scale integrated circuit (IC) using integrated interposer for IC packages
US9102521B2 (en) 2006-06-12 2015-08-11 President And Fellows Of Harvard College Nanosensors and related technologies
DE102006032654A1 (de) * 2006-07-13 2008-01-31 Ees Gmbh Thermoelektrisches Element
FR2904145B1 (fr) * 2006-07-20 2008-10-17 Commissariat Energie Atomique Composant electronique a transfert de chaleur par ebullition et condensation et procede de fabrication
US8575663B2 (en) 2006-11-22 2013-11-05 President And Fellows Of Harvard College High-sensitivity nanoscale wire sensors
EP2181460A4 (en) 2007-08-21 2013-09-04 Univ California NANOSTRUCTURES WITH THERMOELECTRIC HIGH PERFORMANCE CHARACTERISTICS
TWI401830B (zh) * 2008-12-31 2013-07-11 Ind Tech Res Inst 低熱回流之熱電奈米線陣列及其製造方法
KR101538068B1 (ko) * 2009-02-02 2015-07-21 삼성전자주식회사 열전소자 및 그 제조방법
JP5523769B2 (ja) * 2009-08-28 2014-06-18 株式会社Kelk 熱電モジュール
WO2011038228A1 (en) 2009-09-24 2011-03-31 President And Fellows Of Harvard College Bent nanowires and related probing of species
DE102009043413B3 (de) * 2009-09-29 2011-06-01 Siemens Aktiengesellschaft Thermo-elektrischer Energiewandler mit dreidimensionaler Mikro-Struktur, Verfahren zum Herstellen des Energiewandlers und Verwendung des Energiewandlers
KR101395088B1 (ko) * 2010-02-08 2014-05-16 한국전자통신연구원 열전 어레이
CN102194811B (zh) * 2010-03-05 2012-12-05 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 热电装置
US9240328B2 (en) 2010-11-19 2016-01-19 Alphabet Energy, Inc. Arrays of long nanostructures in semiconductor materials and methods thereof
US8736011B2 (en) * 2010-12-03 2014-05-27 Alphabet Energy, Inc. Low thermal conductivity matrices with embedded nanostructures and methods thereof
TWI441305B (zh) 2010-12-21 2014-06-11 Ind Tech Res Inst 半導體裝置
JP5718671B2 (ja) * 2011-02-18 2015-05-13 国立大学法人九州大学 熱電変換材料及びその製造方法
WO2012170630A2 (en) 2011-06-10 2012-12-13 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale wires, nanoscale wire fet devices, and nanotube-electronic hybrid devices for sensing and other applications
KR101220400B1 (ko) * 2011-08-19 2013-01-09 인하대학교 산학협력단 마이크로웨이브를 이용한 나노와이어 성장용기 및 나노와이어 성장방법
ITRM20110472A1 (it) * 2011-09-09 2013-03-10 Consorzio Delta Ti Res Componenti microelettronici, in particolare circuiti cmos, comprendenti elementi termoelettrici di raffreddamento ad effetto seebeck/peltier, integrati nella loro struttura.
KR102048697B1 (ko) * 2012-02-24 2019-11-26 고쿠리츠 다이가쿠 호진 큐슈 코교 다이가쿠 열전 변환 재료
CN102593343A (zh) * 2012-03-01 2012-07-18 华东师范大学 一种基于双面核/壳结构硅纳米线组的热电材料的制备方法
US9051175B2 (en) 2012-03-07 2015-06-09 Alphabet Energy, Inc. Bulk nano-ribbon and/or nano-porous structures for thermoelectric devices and methods for making the same
US9257627B2 (en) 2012-07-23 2016-02-09 Alphabet Energy, Inc. Method and structure for thermoelectric unicouple assembly
TWI481086B (zh) * 2012-09-19 2015-04-11 Nat Inst Chung Shan Science & Technology 一種用於電子元件的散熱裝置
US9601406B2 (en) 2013-03-01 2017-03-21 Intel Corporation Copper nanorod-based thermal interface material (TIM)
US9226396B2 (en) * 2013-03-12 2015-12-29 Invensas Corporation Porous alumina templates for electronic packages
US8907461B1 (en) * 2013-05-29 2014-12-09 Intel Corporation Heat dissipation device embedded within a microelectronic die
KR102240195B1 (ko) * 2013-06-18 2021-04-14 인텔 코포레이션 집적된 열전 냉각
US9324628B2 (en) 2014-02-25 2016-04-26 International Business Machines Corporation Integrated circuit heat dissipation using nanostructures
WO2015157501A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Alphabet Energy, Inc. Ultra-long silicon nanostructures, and methods of forming and transferring the same
CN106482385B (zh) * 2015-08-31 2019-05-28 华为技术有限公司 一种热电制冷模组、光器件及光模组
US10304803B2 (en) * 2016-05-05 2019-05-28 Invensas Corporation Nanoscale interconnect array for stacked dies
US10396264B2 (en) * 2016-11-09 2019-08-27 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Electronic module and method for manufacturing the same, and thermoelectric device including the same
MY198129A (en) * 2017-02-06 2023-08-05 Intel Corp Thermoelectric bonding for integrated circuits
CN109980079B (zh) * 2017-12-28 2021-02-26 清华大学 热三极管及热路

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187165B1 (en) * 1997-10-02 2001-02-13 The John Hopkins University Arrays of semi-metallic bismuth nanowires and fabrication techniques therefor
US6388185B1 (en) * 1998-08-07 2002-05-14 California Institute Of Technology Microfabricated thermoelectric power-generation devices
US6282907B1 (en) * 1999-12-09 2001-09-04 International Business Machines Corporation Thermoelectric cooling apparatus and method for maximizing energy transport
US6256996B1 (en) * 1999-12-09 2001-07-10 International Business Machines Corporation Nanoscopic thermoelectric coolers
US6588217B2 (en) * 2000-12-11 2003-07-08 International Business Machines Corporation Thermoelectric spot coolers for RF and microwave communication integrated circuits
US20020079572A1 (en) * 2000-12-22 2002-06-27 Khan Reza-Ur Rahman Enhanced die-up ball grid array and method for making the same
US7189435B2 (en) * 2001-03-14 2007-03-13 University Of Massachusetts Nanofabrication
KR101008294B1 (ko) * 2001-03-30 2011-01-13 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 나노구조체 및 나노와이어의 제조 방법 및 그로부터 제조되는 디바이스
US6667548B2 (en) * 2001-04-06 2003-12-23 Intel Corporation Diamond heat spreading and cooling technique for integrated circuits
US7098393B2 (en) * 2001-05-18 2006-08-29 California Institute Of Technology Thermoelectric device with multiple, nanometer scale, elements
US7267859B1 (en) * 2001-11-26 2007-09-11 Massachusetts Institute Of Technology Thick porous anodic alumina films and nanowire arrays grown on a solid substrate
JP4416376B2 (ja) * 2002-05-13 2010-02-17 富士通株式会社 半導体装置及びその製造方法
US6849911B2 (en) * 2002-08-30 2005-02-01 Nano-Proprietary, Inc. Formation of metal nanowires for use as variable-range hydrogen sensors
US6981380B2 (en) * 2002-12-20 2006-01-03 Intel Corporation Thermoelectric cooling for microelectronic packages and dice
US6804966B1 (en) * 2003-06-26 2004-10-19 International Business Machines Corporation Thermal dissipation assembly employing thermoelectric module with multiple arrays of thermoelectric elements of different densities

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960258B2 (en) 2008-02-15 2011-06-14 National Chiao Tung University Method for fabricating nanoscale thermoelectric device

Also Published As

Publication number Publication date
KR100865595B1 (ko) 2008-10-27
CN100592541C (zh) 2010-02-24
JP4307506B2 (ja) 2009-08-05
KR20070015582A (ko) 2007-02-05
DE112005001094T5 (de) 2007-04-26
JP2007538406A (ja) 2007-12-27
TW200608548A (en) 2006-03-01
DE112005001094B4 (de) 2015-05-13
WO2005119800A2 (en) 2005-12-15
US20050257821A1 (en) 2005-11-24
CN1957483A (zh) 2007-05-02
WO2005119800A3 (en) 2006-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI266401B (en) Thermoelectric nano-wire devices
TWI342604B (en) Semiconductor packages, methods of forming semiconductor packages, and methods of cooling semiconductor dies
JP5846894B2 (ja) 内蔵熱電冷却機を備えるマイクロエレクトロニクス・アセンブリおよびその製造方法
US7109581B2 (en) System and method using self-assembled nano structures in the design and fabrication of an integrated circuit micro-cooler
US7538422B2 (en) Integrated circuit micro-cooler having multi-layers of tubes of a CNT array
US6256996B1 (en) Nanoscopic thermoelectric coolers
TW538514B (en) Enhanced interface thermoelectric coolers using etched thermoelectric material tips
TW521141B (en) Cold point design for efficient thermoelectric coolers
US20070126116A1 (en) Integrated Circuit Micro-Cooler Having Tubes of a CNT Array in Essentially the Same Height over a Surface
US20070114658A1 (en) Integrated Circuit Micro-Cooler with Double-Sided Tubes of a CNT Array
TW201227905A (en) Semiconductor device
US7301232B2 (en) Integrated circuit package with carbon nanotube array heat conductor
TW200910539A (en) Heat radiation package and semiconductor device
US9812629B2 (en) Thermoelectric conversion structure and its use in heat dissipation device
JPH0320069A (ja) 半導体モジュール
JP2002334967A (ja) 3次元半導体チップ
JP2002334968A (ja) 3次元半導体チップ
WO2010050490A1 (ja) 半導体装置と冷却方法
JP2006032621A (ja) 熱電式熱放散装置およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees