專利名稱：半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件的制作方法
半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件
背景技術(shù)：
本發(fā)明的實施例大體涉及熱電器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著集成電路密度日益增大，當(dāng)代的微電子技術(shù)面臨眾多嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這些挑戰(zhàn)之中，去除復(fù)雜性日益增大的微處理器中所生成的熱是最關(guān)鍵的。類似地，對于科研和技術(shù)團體而言，替代能源是頗具挑戰(zhàn)性的問題的來源。半導(dǎo)體在這些替代能源的開發(fā)中扮演重要的角色。特別地，諸如太陽能電池之類的光伏器件為產(chǎn)生新的能源提供了非常大的希望。從事微電子器件的超大規(guī)模集成開發(fā)以及從事替代能源開發(fā)的科學(xué)家們，敏銳地關(guān)注到了作為解決這些關(guān)鍵問題的替代手段的熱電器件。熱電器件，作為熱電冷卻器，處在微電子技術(shù)的前沿，并且作為熱電發(fā)生器，處在替代能量研究的前沿。因此，從事研究的科學(xué)家們正在積極地尋找針對熱電器件的新技術(shù)，來為科學(xué)研究提供成果豐富的競技場，并且為這些問題的解決提供更大的希望。


結(jié)合在本說明書中并形成本說明書的一部分的附圖，圖示了本發(fā)明的實施例，并且與文字說明一起，用于解釋
具體實施例方式
圖1是在本發(fā)明的實施例中半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(semiconductor heterostructure thermoelectric device, SHTED)的截面正視圖禾口示意圖，其圖示了被配置為熱電發(fā)生器的器件的第一部分、第二部分以及在第一部分和第二部分之間形成的異質(zhì)結(jié)的功能布置。圖2A是本發(fā)明的實施例中的以部分制造好的狀態(tài)的SHTED的俯視圖，其圖示了設(shè)置在襯底(例如第一部分)上的在犧牲氧化物中的多個亞微米通路(via-way)的功能布置， 所述多個亞微米通路用來定義可以在SHTED的第一部分和第二部分之間形成異質(zhì)結(jié)的第二部分的多個亞微米小片(patch)。圖2B是在本發(fā)明的實施例中在圖2A的部分制造好的SHTED的制造初始階段，沿著勾畫切割面2B-2B的線的截面正視圖，其圖示了設(shè)置在襯底上的在犧牲氧化物中的多個亞微米通路的功能布置，其詳細(xì)描繪了犧牲氧化物中用于將相鄰的小片與彼此隔離的柵欄的位置。圖2C是在本發(fā)明的實施例中在部分制造好的SHTED的制造的第二階段，在勾畫切割面2B-2B的線的位置處的截面正視圖，其圖示了設(shè)置在襯底上以及在犧牲氧化物中的柵欄之間的第二部分的多個亞微米小片的功能布置，其詳細(xì)描繪了 SHTED的第一部分和第二部分之間的異質(zhì)結(jié)的形成。圖2D是在本發(fā)明的實施例中在部分制造好的SHTED的制造的第三階段，勾畫切割面2B-2B的線的位置處的截面正視圖，其圖示了在第二部分的多個亞微米小片上的頂部電極層的功能布置。
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圖2E是在本發(fā)明的實施例中在SHTED的制造的第四和最后階段，勾畫切割面 2B-2B的線的位置處的截面正視圖，其圖示了被配置為熱電發(fā)生器的SHTED上的吸收層的功能布置。圖3是在本發(fā)明的實施例中SHTED的透視圖，其圖示了器件在至少一個納米線中的的第一部分、第二部分以及在第一部分和第二部分之間形成的異質(zhì)結(jié)的功能布置。圖4是在本發(fā)明的實施例中SHTED的透視圖，其圖示了器件在至少一個納米線中的的第一部分、第二部分、第三部分、在第一部分和第二部分之間形成的第一異質(zhì)結(jié)以及在第二部分和第三部分之間形成的第二異質(zhì)結(jié)的功能布置。圖5是在本發(fā)明的實施例中SHTED的截面正視圖，其圖示了多個η層的多層結(jié)構(gòu)中的一個η層的熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元的各部分和異質(zhì)結(jié)的功能布置。圖6是在本發(fā)明的實施例中SHTED的截面正視圖和示意圖，其圖示了被配置為熱電冷卻器的器件的第一部分、第二部分以及在第一部分和第二部分之間形成的異質(zhì)結(jié)的功能布置。除非具體注明，否則在本說明書中所參考的附圖不應(yīng)當(dāng)被理解為是按照比例繪制的。
具體實施例方式現(xiàn)在，將對本發(fā)明的可選實施例進(jìn)行詳細(xì)參考。雖然將結(jié)合可選實施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們不意圖將本發(fā)明限制于這些實施例。相反，本發(fā)明意圖覆蓋可以包含在如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替代物、變形例和等同物。此外，在對本發(fā)明的實施例的下列描述中，闡述了眾多具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。然而，應(yīng)當(dāng)注意，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的實施例。 在其它實例中，未詳細(xì)描述公知的方法、過程和部件，以便不使本發(fā)明的實施例不必要地混淆。對針對半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件的本發(fā)明的實施例的物理描述
本發(fā)明的實施例包括半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件包括至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元。熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分，所述第二部分與第一部分形成異質(zhì)結(jié)。第一半導(dǎo)體材料具有第一電導(dǎo)率和第一熱導(dǎo)率；而第二半導(dǎo)體材料具有第二電導(dǎo)率和第二熱導(dǎo)率。作為第二部分的至少一個亞微米小片來設(shè)置第二半導(dǎo)體材料。另外，第二半導(dǎo)體材料包括第一半導(dǎo)體材料與合金成分的合金。由ZT定義的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1?，F(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實施例，示出了半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件 (SHTED) 101的截面正視圖和示意圖100。圖1圖示了 SHTED 101的第一部分112、第二部分 114以及在第一部分112和第二部分114之間形成的異質(zhì)結(jié)116的功能布置。SHTED 101 可以包括至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(TEHU) 110，TEHU 110包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分112、由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分114以及在第一部分112和第二部分114 之間形成的異質(zhì)結(jié)116。如隨后在對圖2Α-2Ε的論述中更加詳細(xì)地描述的，把第二半導(dǎo)體材料設(shè)置為第二部分114的至少一個亞微米小片?？蛇x地，如隨后在對圖3、4和5的論述中更加詳細(xì)地描述的，還可以把第一半導(dǎo)體材料設(shè)置為第一部分的亞微米小片，使得第一部分的亞微米小片和第二部分的亞微米小片形成納米線的至少一部分。由ZT定義的SHTED 101的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1。如這里所使用的，ZT是用于測量SHTED 101的從熱能到電能的能量轉(zhuǎn)換效率的無量綱品質(zhì)因數(shù)的專門術(shù)語，這在本領(lǐng)域是已知的。因此，Z是 SHTED 101的性能的品質(zhì)因數(shù)，其單位為溫度倒數(shù)(reciprocal temperature)0 Z由下式給出
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(101)，其包括至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(110)，所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(110)包括 由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分(112)，所述第一半導(dǎo)體材料具有第一電導(dǎo)率和第一熱導(dǎo)率；以及由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分(114)，而且所述第二部分(114)與所述第一部分 (112)形成異質(zhì)結(jié)(116)，所述第二半導(dǎo)體材料具有第二電導(dǎo)率和第二熱導(dǎo)率，所述第二半導(dǎo)體材料被設(shè)置為所述第二部分(114)的至少一個亞微米小片(M4d)，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與合金成分的合金；以及其中，由ZT定義的所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(101)的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述器件(101)被配置為包括吸收層 (106)的熱電發(fā)生器，所述吸收層(106)設(shè)置在所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(110)的熱端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料被設(shè)置為所述第一部分(112)的亞微米小片(244d)；以及其中，所述第一部分(11 的所述亞微米小片044d)和所述第二部分(114)的所述亞微米小片044d)形成納米線(310)的至少一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述第一電導(dǎo)率大于所述第二電導(dǎo)率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與所述合金成分的合金，使得所述第二熱導(dǎo)率小于所述第一熱導(dǎo)率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括硅，而所述第二半導(dǎo)體材料包括硅和鍺的合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(101)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括砷化鎵，而所述第二半導(dǎo)體材料包括鋁和砷化鎵的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件(601)，其中，所述器件(601)被配置為熱電冷卻器。
9.一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(301)，其包括至少一個納米線(310)，所述納米線(310)包括至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(311)，所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(311)包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分(31 、由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分 (314)以及在具有第一帶隙的所述第一部分(31 和具有第二帶隙的所述第二部分(314) 之間形成的第一異質(zhì)結(jié)(316)；其中，所述第一部分(31 的所述第一帶隙不同于所述第二部分(314)的所述第二帶隙；其中，所述第二部分(314)包括第二半導(dǎo)體材料，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與合金成分的合金；以及其中，由ZT定義的所述至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(311)的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件(301)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料具有第一電導(dǎo)率和第一熱導(dǎo)率；其中，所述第二半導(dǎo)體材料具有第二電導(dǎo)率和第二熱導(dǎo)率；以及其中，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與所述合金成分的合金，使得所述第二熱導(dǎo)率小于所述第一熱導(dǎo)率。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件001)，其中，所述至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(411) 還包括由第三半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第三部分G18)以及在所述第二部分(414)和具有第三帶隙的所述第三部分(418)之間形成的第二異質(zhì)結(jié)G19)；以及其中，所述第二部分G14)的所述第二帶隙不同于所述第三部分的所述第三帶隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件G01)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料包括硅，所述第二半導(dǎo)體材料包括硅和鍺的合金，并且所述第三半導(dǎo)體材料包括鍺。
13.一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(501)，其包括至少一個納米線(510)，所述納米線(510)包括多層結(jié)構(gòu)(515)； 所述多層結(jié)構(gòu)(515)包括多個η層，所述多個η層中的一 η層包括熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元 (511)，所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(511)包括至少由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分(511a)、和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分(511b)以及在具有第一帶隙的所述第一部分(511a)和具有第二帶隙的所述第二部分 (511b)之間形成的第一異質(zhì)結(jié)(512a)；其中，所述第一部分(511a)的所述第一帶隙不同于所述第二部分(511b)的所述第二帶隙；其中，所述第二部分(511b)包括第二半導(dǎo)體材料，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與合金成分的合金；以及其中，由ZT定義的所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(511)的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件(501)，其中，所述第一半導(dǎo)體材料具有第一電導(dǎo)率和第一熱導(dǎo)率；其中，所述第二半導(dǎo)體材料具有第二電導(dǎo)率和第二熱導(dǎo)率；以及其中，所述第二半導(dǎo)體材料包括所述第一半導(dǎo)體材料與所述合金成分的合金，使得所述第二熱導(dǎo)率小于所述第一熱導(dǎo)率。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的器件(501)，其中，所述熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(511)還包括 由第三半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第三部分(511c)以及在所述第二部分(511b)和具有第三帶隙的所述第三部分(511c)之間形成的第二異質(zhì)結(jié)(512b)；以及其中，所述第二部分(511b)的所述第二帶隙不同于所述第三部分的所述第三帶隙。
全文摘要
一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(101)。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(101)包括至少一個熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(110)。熱電異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元(110)包括由第一半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第一部分(112)和由第二半導(dǎo)體材料構(gòu)成的第二部分(114)，該第二部分(114)與第一部分(112)形成異質(zhì)結(jié)(116)。第一半導(dǎo)體材料具有第一電導(dǎo)率和第一熱導(dǎo)率；而且，第二半導(dǎo)體材料具有第二電導(dǎo)率和第二熱導(dǎo)率。作為第二部分(114)的至少一個亞微米小片(244d)來設(shè)置第二半導(dǎo)體材料。另外，第二半導(dǎo)體材料包括第一半導(dǎo)體材料與合金成分的合金。由ZT定義的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)熱電器件(101)的性能的無量綱品質(zhì)因數(shù)大于1。
文檔編號H01L35/00GK102369610SQ200980158442
公開日2012年3月7日 申請日期2009年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月29日
發(fā)明者M. 布拉特科夫斯基 A., 齊貝斯科夫 L. 申請人:惠普開發(fā)有限公司