一種熱電薄膜結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種熱電薄膜結(jié)構(gòu)，且特別是一種關(guān)于具有金屬擴(kuò)散材料區(qū)的熱電薄膜結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電材料為可將熱能與電能互相轉(zhuǎn)換的材料，其具有席貝克效應(yīng)(Seebeckeffect)及帕耳帖效應(yīng)(Peltier effect)。席貝克效應(yīng)是藉由熱電材料的溫度差轉(zhuǎn)換成電位差，可應(yīng)用于熱電發(fā)電；而帕耳帖效應(yīng)則是藉由熱電材料的電位差產(chǎn)生溫度差，可應(yīng)用于熱電致冷。
[0003]隨著熱電技術(shù)的演進(jìn)，熱電材料的研究目標(biāo)由三維的塊材結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變至一維的薄膜或納米線結(jié)構(gòu)。一維結(jié)構(gòu)如熱電薄膜與三維塊材結(jié)構(gòu)相較下具有可撓性，可減少材料的使用，以及具有較大的接觸面積。然而，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的改變，使得能在熱電薄膜上所能施加或獲得的溫差或電位差變小。因此，如何使一維結(jié)構(gòu)的熱電材料，在維持相同溫度差時(shí)能獲得更大的電位差，便為現(xiàn)今研究發(fā)展重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明提供一種具有金屬擴(kuò)散材料區(qū)的熱電薄膜結(jié)構(gòu)，此熱電薄膜結(jié)構(gòu)具有橫向席貝克系數(shù)(Transverse Seebeck coefficient),可提升熱電材料的熱電效應(yīng),并可應(yīng)用于熱電轉(zhuǎn)換元件中。
[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面為一種熱電薄膜結(jié)構(gòu)，其包括一熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)，熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)包括一熱電轉(zhuǎn)換材料，以及一金屬擴(kuò)散材料區(qū)，金屬擴(kuò)散材料區(qū)包括一金屬擴(kuò)散分布于熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)中的熱電轉(zhuǎn)換材料的一側(cè)。
[0006]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換材料包含N型熱電轉(zhuǎn)換材料或P型熱電轉(zhuǎn)換材料。
[0007]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，N型熱電轉(zhuǎn)換材料為碲化鉍(Bi2Te3)或鉍硒碲(Bi2SexTe3J材料，且x介于O至3之間。
[0008]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的N型熱電轉(zhuǎn)換材料為Bi2Sea5Te2.5。
[0009]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，P型熱電轉(zhuǎn)換材料為三碲化二銻(Sb2Te3)或鉍鋪締(BiySb2^yTe3)材料，且y介于O至2之間。
[0010]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的P型熱電轉(zhuǎn)換材料為Bia 5SbL 5Te3。
[0011]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換材料包含碲化鉛(PbTe)、銻化鋅(ZnSb)、鍺化硅(SiGe)、銀銻碲(AgSbTe2)材料、碲化鍺(GeTe)或其組合。
[0012]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，金屬為金、銅、銀、白金或其組合。
[0013]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的金屬擴(kuò)散分布于熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)中的熱電轉(zhuǎn)換材料的上下側(cè)或左右側(cè)，金屬的擴(kuò)散分布為均勻分布或一濃度梯度分布。
[0014]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的具有一濃度梯度分布是由金屬擴(kuò)散材料區(qū)的外側(cè)至靠近熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)的中心側(cè)遞減。
[0015]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，熱電薄膜結(jié)構(gòu)更包括一基板，熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)位于上端或下端基板，而金屬擴(kuò)散材料區(qū)位于熱電轉(zhuǎn)換材料的上下側(cè)或左右側(cè)。
[0016]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的基板為一硬基板或一軟基板。
[0017]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，硬基板的材料包含娃。
[0018]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，軟基板的材料包含聚酰亞胺(polyimide)。
[0019]于本發(fā)明的一或多個(gè)實(shí)施方式中，上述的熱電薄膜結(jié)構(gòu)是應(yīng)用于薄膜式熱電發(fā)電器或薄膜式熱電致冷晶片。
[0020]以上所述僅是用以例示闡述本發(fā)明所欲解決的問(wèn)題、解決問(wèn)題的技術(shù)手段、及其產(chǎn)生的功效等等，本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)將在下文的實(shí)施方式及相關(guān)圖式中詳細(xì)介紹。
【附圖說(shuō)明】
[0021]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附圖式的詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0022]圖1繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電薄膜結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0023]圖2繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電薄膜結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0024]圖3繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的上視圖；
[0025]圖4繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的剖面圖；以及
[0026]圖5繪示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的熱電轉(zhuǎn)換元件的爆炸圖；
[0027]其中，符號(hào)說(shuō)明:
[0028]100:熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)110:金屬擴(kuò)散材料區(qū)
[0029]200、310:基板300:熱電轉(zhuǎn)換單元
[0030]320A.320B:N型熱電薄膜結(jié)構(gòu)
[0031]322A、322B:N型熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)
[0032]324A、324B:第一金屬擴(kuò)散材料區(qū)
[0033]330A.330B:P型熱電薄膜結(jié)構(gòu)
[0034]332A、332B:P型熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)
[0035]334A、334B:第二金屬擴(kuò)散材料區(qū)
[0036]340:導(dǎo)電體410:封裝膠
[0037]420,530:散熱板430、540:取熱板
[0038]440、550:布膜450、510、520:導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下將以圖式揭露本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說(shuō)明起見(jiàn)，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說(shuō)明。然而，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解到，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)并非必要的，因此不應(yīng)用以限制本發(fā)明。此外，為簡(jiǎn)化圖式起見(jiàn)，一些已知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在圖式中將以簡(jiǎn)單示意的方式繪示之。
[0040]三維的熱電結(jié)構(gòu)主要利用席貝克效應(yīng)，在與溫差方向相同的方向產(chǎn)生電位差，亦可將多個(gè)發(fā)電結(jié)構(gòu)串聯(lián)以增加效率。但一維的熱電結(jié)構(gòu)例如熱電薄膜，當(dāng)溫差產(chǎn)生于熱電薄膜的上下表面方向時(shí)，因?yàn)楸∧さ暮穸龋瓷舷卤砻骈g的距離很小，使得與溫差方向相同的方向所產(chǎn)生的電位差也偏小。故在本發(fā)明的部分實(shí)施例中提供一熱電薄膜結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生與溫差方向垂直的電位差，使此熱電薄膜結(jié)構(gòu)具有橫向席貝克系數(shù)并藉此提升熱電優(yōu)值，得以克服一維結(jié)構(gòu)上所造成的熱電材料應(yīng)用限制。
[0041]請(qǐng)參閱圖1，圖1繪示根據(jù)本發(fā)明部分實(shí)施方式的熱電薄膜結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。熱電薄膜結(jié)構(gòu)包括一熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)100以及一金屬擴(kuò)散材料區(qū)110。金屬擴(kuò)散材料區(qū)110位于熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)100的一側(cè)。熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)包括一熱電轉(zhuǎn)換材料，可進(jìn)行熱與電的能量轉(zhuǎn)換。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換材料包括N型熱電轉(zhuǎn)換材料及P型熱電轉(zhuǎn)換材料或N型/P型組合熱電轉(zhuǎn)換材料。N型熱電轉(zhuǎn)換材料包括碲化鉍(Bi2Te3)或鉍硒碲(Bi2SexTe3_x)材料，且x介于O至3之間。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，N型熱電轉(zhuǎn)換材料為Bi2Se0.5Te2.50 P型熱電轉(zhuǎn)換材料包括三碲化二銻(Sb2Te3)或鉍銻碲(BiySb2_yTe3)材料，且y介于O至2之間。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，P型熱電轉(zhuǎn)換材料為Bia5SV5Te315在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，熱電轉(zhuǎn)換材料包括碲化鉛(PbTe)、銻化鋅(ZnSb)、鍺化硅(SiGe)、銀銻碲(AgSbTe2)材料、碲化鍺(GeTe)或其組合。
[0042]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1。金屬擴(kuò)散材料區(qū)110包括一金屬擴(kuò)散分布于熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)100中的熱電轉(zhuǎn)換材料的一側(cè)。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，金屬擴(kuò)散分布于該熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)中的該熱電轉(zhuǎn)換材料的上下側(cè)或左右側(cè)。在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，金屬為金、銀、銅、白金或其組合。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，此金屬在金屬擴(kuò)散材料區(qū)110以一濃度梯度分布或均勻分布于熱電轉(zhuǎn)換材料中。在本發(fā)明的部分實(shí)施方式中，利用蒸鍍一層金屬薄膜在熱電轉(zhuǎn)換材料區(qū)100的一