一種雙凸臺結構的熱電能量采集器及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于熱電轉化技術領域，涉及一種雙凸臺結構的熱電能量采集器及其制作方法。
【背景技術】
[0002]熱電轉換技術是一種基于材料的塞貝克效應將熱能直接轉化成電能的電力技術。作為一種新能源和可再生能源的利用技術，由于其體積小、質量輕、壽命長、無機械運動部件、綠色環保等優點，熱電轉換技術引起了國內外科研人員的廣泛關注。熱電轉換技術能夠充分利用工業余熱、廢熱、地熱等低品位能源，為解決能源危機帶來新的希望。
[0003]由于每個熱電單元輸出的電壓很低，為了獲得較高的電壓以滿足實際應用的需求，通常將很多熱電偶對串聯成熱電堆，從而獲得具有較高輸出電壓的熱電能量采集器。
[0004]根據熱流流經方向的不同，熱電能量采集器主要分為垂直結構和平面結構。垂直結構由于熱電偶臂端面與導熱襯底接觸面積較大，有良好的接觸，可以降低接觸熱阻和接觸電阻。但目前大多數垂直結構的熱電能量采集器所采用BiTe等化合物，對人體和環境有害，且與CM0S-MEMS工藝不兼容，很難實現低成本的批量化生產。平面結構一般為熱流方向沿熱電偶臂與導熱襯底平行的薄膜熱電偶器件。相比垂直結構的熱電能量采集器，平面結構的器件熱流路徑不及前者，但由于其具有較小的接觸面，從而導致器件具有較高的集成度。但是由于器件內部的接觸電阻和接觸熱阻都比較大，以及制備這種結構所使用的材料本身熱電優值系數低，導致器件的溫差利用率低、輸出功率較小。
[0005]熱電能量采集器的研究工作主要集中在兩方面:1、尋找易于加工的具有高優值系數的熱電材料；2、優化器件結構，使溫差盡可能的落在熱電偶臂兩端。熱電能量采集器的發展目標是運用具有較高熱電優值系數的材料制備易于加工和集成的具有良好熱流路徑的器件。
[0006]因此，如何提供一種新型熱電能量采集器及其制作方法，以提高熱電能量采集器的集成度、提升器件的溫差利用率和發電功率，并降低生產成本，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。
【發明內容】
[0007]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種雙凸臺結構的熱電能量采集器及其制作方法，用于解決現有技術中熱電能量采集器集成度不高、溫差利用率差、成本較高的問題。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種雙凸臺結構的熱電能量采集器的制造方法，包括以下步驟:
[0009]S1:提供一自下而上依次包括第一導熱板、第一絕緣層及第一類型摻雜結構層的基板；
[0010]S2:刻蝕所述結構層，形成若干分立的并由所述第一絕緣層隔離的雙凸臺結構；所述雙凸臺結構包括底部凸臺及形成于所述底部凸臺上的頂部凸臺，其中，所述底部凸臺及頂部凸臺均具有傾斜側壁，且所述頂部凸臺在水平面上的投影面積小于所述底部凸臺在水平面上的投影面積；
[0011]S3:形成覆蓋所述雙凸臺結構的第二絕緣層；
[0012]S4:在所述第二絕緣層上形成若干分立的第二類型摻雜多晶硅塊；所述多晶硅塊的一端與一個所述雙凸臺結構的底部凸臺部分重疊、另一端與另一個所述雙凸臺結構的底部凸臺及頂部凸臺部分重疊；
[0013]S5:制作與所述底部凸臺連通的第一導電塊及與所述頂部凸臺連通的第二導電塊，使所述雙凸臺結構與所述多晶硅塊通過所述第一導電塊及所述第二導電塊相互交替依次相連；
[0014]S6:提供第二導熱板，將所述第二導熱板與所述雙凸臺結構頂部連接。
[0015]可選地，于所述步驟S1中，所述基板的形成方法包括:
[0016]S1-1:提供第一硅片及第二硅片，將所述第一硅片及第二硅片表面氧化，形成二氧化娃層；
[0017]S1-2:將所述第一硅片及第二硅片鍵合，其中，所述第一硅片及第二硅片鍵合面上的二氧化硅層作為所述第一絕緣層；
[0018]S1-3:將所述第一硅片作為所述第一導熱板，并將所述第二硅片減薄至預設厚度作為所述結構層。
[0019]可選地，于所述步驟S2中，采用濕法腐蝕刻蝕所述結構層。
[0020]可選地，于所述步驟S2中，所述頂部凸臺及底部凸臺的縱截面均為梯形。
[0021]可選地，于所述步驟S3中，還包括刻蝕所述第二絕緣層，形成暴露出部分所述底部凸臺的第一接觸孔以及暴露出部分所述頂部凸臺的第二接觸孔，并通過所述第一接觸孔及第二接觸孔分別對所述底部凸臺及頂部凸臺進行第一類型重摻雜的步驟。
[0022]可選地，所述步驟S4包括:
[0023]S4-1:在所述第二絕緣層上沉積多晶娃層；
[0024]S4-2:對所述多晶硅層進行第二類型離子注入；
[0025]S4-3:圖形化所述多晶硅層，得到若干所述第二類型摻雜多晶硅塊；
[0026]S4-4:在所述第一接觸孔及第二接觸孔相對應的位置對所述多晶硅塊開孔，分別暴露出部分所述底部凸臺及頂部凸臺。
[0027]可選地，所述步驟S5包括:
[0028]S5-1:沉積導電層，所述導電層填充進所述第一接觸孔及第二接觸孔；
[0029]S5-2:圖形化所述導電層，得到所述第一導電塊及第二導電塊。
[0030]可選地，于所述步驟S6中，通過導熱硅膠將所述第二導熱板粘貼于所述雙凸臺結構頂部。
[0031]可選地，所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為P型摻雜及N型摻雜；或者所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為N型摻雜及P型摻雜。
[0032]可選地，所述頂部凸臺的厚度大于所述底部凸臺的厚度。
[0033]本發明還提供一種雙凸臺結構的熱電能量采集器，包括:
[0034]第一導熱板；
[0035]形成于所述第一導熱板上的第一絕緣層；
[0036]形成于所述第一絕緣層上的若干分立的雙凸臺結構；所述雙凸臺結構包括底部凸臺及形成于所述底部凸臺上的頂部凸臺，其中，所述底部凸臺及頂部凸臺均具有傾斜側壁，且所述頂部凸臺在水平面上的投影面積小于所述底部凸臺在水平面上的投影面積；
[0037]覆蓋所述雙凸臺結構的第二絕緣層；
[0038]形成于所述第二絕緣層上的若干分立的第二類型摻雜多晶硅塊；所述多晶硅塊的一端與一個所述雙凸臺結構的底部凸臺部分重疊、另一端與另一個所述雙凸臺結構的底部凸臺及頂部凸臺部分重疊；
[0039]與所述底部凸臺連通的第一導電塊及與所述頂部凸臺連通的第二導電塊；所述雙凸臺結構與所述多晶硅塊通過所述第一導電塊及所述第二導電塊相互交替依次相連；
[0040]以及與所述雙凸臺結構頂部連接的第二導熱板。
[0041]可選地，所述頂部凸臺及底部凸臺的縱截面均為梯形。
[0042]可選地，所述底部凸臺與所述第一導電塊的接觸部位及所述頂部凸臺與所述第二導電塊的接觸部位均具有第一類型重摻雜層。
[0043]可選地，所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為P型摻雜及N型摻雜；或者所述第一類型摻雜及第二類型摻雜分別為N型摻雜及P型摻雜。
[0044]可選地，所述頂部凸臺的厚度大于所述底部凸臺的厚度。
[0045]如上所述，本發明的雙凸臺結構的熱電能量采集器及其制作方法，具有以下有益效果:本發明的雙凸臺結構的熱電能量采集器中，所述雙凸臺結構與多晶硅塊通過第一導電塊及第二導電塊相互交替依次相連，其中，所述雙凸臺結構作為第一類型摻雜熱電偶臂，所述多晶硅塊作為第二類型摻雜熱電偶臂，形成相互串聯的熱電偶陣列，得到微型熱電能量采集器。本發明的熱電能量采集器與傳統平面結構的采集器相比，其垂直的雙凸臺結構使熱電偶臂與導熱板之間具有較大的接觸面積，可以降低接觸熱阻和接觸電阻，提高器件的溫差利用率和發電功率，并具有一定的機械強度；同