一種熱電薄膜結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關于一種熱電薄膜結構，且特別是一種關于具有金屬擴散材料區的熱電薄膜結構。
【背景技術】
[0002]熱電材料為可將熱能與電能互相轉換的材料，其具有席貝克效應(Seebeckeffect)及帕耳帖效應(Peltier effect)。席貝克效應是藉由熱電材料的溫度差轉換成電位差，可應用于熱電發電；而帕耳帖效應則是藉由熱電材料的電位差產生溫度差，可應用于熱電致冷。
[0003]隨著熱電技術的演進，熱電材料的研究目標由三維的塊材結構轉變至一維的薄膜或納米線結構。一維結構如熱電薄膜與三維塊材結構相較下具有可撓性，可減少材料的使用，以及具有較大的接觸面積。然而，因為結構的改變，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，如何使一維結構的熱電材料，在維持相同溫度差時能獲得更大的電位差，便為現今研究發展重點。

【發明內容】

[0004]因此，本發明提供一種具有金屬擴散材料區的熱電薄膜結構，此熱電薄膜結構具有橫向席貝克系數(Transverse Seebeck coefficient),可提升熱電材料的熱電效應,并可應用于熱電轉換元件中。
[0005]本發明的一個方面為一種熱電薄膜結構，其包括一熱電轉換材料區，熱電轉換材料區包括一熱電轉換材料，以及一金屬擴散材料區，金屬擴散材料區包括一金屬擴散分布于熱電轉換材料區中的熱電轉換材料的一側。
[0006]于本發明的一或多個實施方式中，熱電轉換材料包含N型熱電轉換材料或P型熱電轉換材料。
[0007]于本發明的一或多個實施方式中，N型熱電轉換材料為碲化鉍(Bi2Te3)或鉍硒碲(Bi2SexTe3J材料，且x介于O至3之間。
[0008]于本發明的一或多個實施方式中，上述的N型熱電轉換材料為Bi2Sea5Te2.5。
[0009]于本發明的一或多個實施方式中，P型熱電轉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]于本發明的一或多個實施方式中，上述的P型熱電轉換材料為Bia 5SbL 5Te3。
[0011]于本發明的一或多個實施方式中，熱電轉換材料包含碲化鉛(PbTe)、銻化鋅(ZnSb)、鍺化硅(SiGe)、銀銻碲(AgSbTe2)材料、碲化鍺(GeTe)或其組合。
[0012]于本發明的一或多個實施方式中，金屬為金、銅、銀、白金或其組合。
[0013]于本發明的一或多個實施方式中，上述的金屬擴散分布于熱電轉換材料區中的熱電轉換材料的上下側或左右側，金屬的擴散分布為均勻分布或一濃度梯度分布。
[0014]于本發明的一或多個實施方式中，上述的具有一濃度梯度分布是由金屬擴散材料區的外側至靠近熱電轉換材料區的中心側遞減。
[0015]于本發明的一或多個實施方式中，熱電薄膜結構更包括一基板，熱電轉換材料區位于上端或下端基板，而金屬擴散材料區位于熱電轉換材料的上下側或左右側。
[0016]于本發明的一或多個實施方式中，上述的基板為一硬基板或一軟基板。
[0017]于本發明的一或多個實施方式中，硬基板的材料包含娃。
[0018]于本發明的一或多個實施方式中，軟基板的材料包含聚酰亞胺(polyimide)。
[0019]于本發明的一或多個實施方式中，上述的熱電薄膜結構是應用于薄膜式熱電發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明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明的具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
【附圖說明】
[0021]為讓本發明的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的詳細說明如下:
[0022]圖1繪示根據本發明一實施方式的熱電薄膜結構的剖面示意圖；
[0023]圖2繪示根據本發明一實施方式的熱電薄膜結構的剖面示意圖；
[0024]圖3繪示根據本發明一實施方式的熱電轉換元件的上視圖；
[0025]圖4繪示根據本發明一實施方式的熱電轉換元件的剖面圖；以及
[0026]圖5繪示根據本發明一實施方式的熱電轉換元件的爆炸圖；
[0027]其中，符號說明:
[0028]100:熱電轉換材料區110:金屬擴散材料區
[0029]200、310:基板300:熱電轉換單元
[0030]320A.320B:N型熱電薄膜結構
[0031]322A、322B:N型熱電轉換材料區
[0032]324A、324B:第一金屬擴散材料區
[0033]330A.330B:P型熱電薄膜結構
[0034]332A、332B:P型熱電轉換材料區
[0035]334A、334B:第二金屬擴散材料區
[0036]340:導電體410:封裝膠
[0037]420,530:散熱板430、540:取熱板
[0038]440、550:布膜450、510、520:導線。
【具體實施方式】
[0039]以下將以圖式揭露本發明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一并說明。然而，熟悉本領域的技術人員應當了解到，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節并非必要的，因此不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些已知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
[0040]三維的熱電結構主要利用席貝克效應，在與溫差方向相同的方向產生電位差，亦可將多個發電結構串聯以增加效率。但一維的熱電結構例如熱電薄膜，當溫差產生于熱電薄膜的上下表面方向時，因為薄膜的厚度，即上下表面間的距離很小，使得與溫差方向相同的方向所產生的電位差也偏小。故在本發明的部分實施例中提供一熱電薄膜結構，可產生與溫差方向垂直的電位差，使此熱電薄膜結構具有橫向席貝克系數并藉此提升熱電優值，得以克服一維結構上所造成的熱電材料應用限制。
[0041]請參閱圖1，圖1繪示根據本發明部分實施方式的熱電薄膜結構的剖面示意圖。熱電薄膜結構包括一熱電轉換材料區100以及一金屬擴散材料區110。金屬擴散材料區110位于熱電轉換材料區100的一側。熱電轉換材料區包括一熱電轉換材料，可進行熱與電的能量轉換。在本發明的部分實施方式中，熱電轉換材料包括N型熱電轉換材料及P型熱電轉換材料或N型/P型組合熱電轉換材料。N型熱電轉換材料包括碲化鉍(Bi2Te3)或鉍硒碲(Bi2SexTe3_x)材料，且x介于O至3之間。在本發明的部分實施方式中，N型熱電轉換材料為Bi2Se0.5Te2.50 P型熱電轉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。在本發明的部分實施方式中，P型熱電轉換材料為Bia5SV5Te315在本發明的部分實施方式中，熱電轉換材料包括碲化鉛(PbTe)、銻化鋅(ZnSb)、鍺化硅(SiGe)、銀銻碲(AgSbTe2)材料、碲化鍺(GeTe)或其組合。
[0042]請繼續參閱圖1。金屬擴散材料區110包括一金屬擴散分布于熱電轉換材料區100中的熱電轉換材料的一側。在本發明的部分實施方式中，金屬擴散分布于該熱電轉換材料區中的該熱電轉換材料的上下側或左右側。在本發明的部分實施例中，金屬為金、銀、銅、白金或其組合。在本發明的部分實施方式中，此金屬在金屬擴散材料區110以一濃度梯度分布或均勻分布于熱電轉換材料中。在本發明的部分實施方式中，利用蒸鍍一層金屬薄膜在熱電轉換材料區100的一