垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置製造方法

2023-06-11 00:00:51

垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置，包括：步驟一：製作鏤空掩模板（9、10、11、12），該鏤空掩模板的鏤空圖案用於限定薄膜熱電器件的熱電臂陣列的至少部分圖案，將襯底（8）固定在襯底託（7）上；步驟二：在襯底託和鏤空掩模板上分別形成位置相對的至少一套定位孔（13a-13e），每套定位孔中包括至少三個定位孔，通過在定位孔上放置定位滾珠（14）以將鏤空掩模板間隔地定位安裝在襯底託上；步驟三：將襯底託和鏤空掩模板裝夾固定，利用物理氣相沉積技術並透過鏤空掩模板在襯底上完成鏤空圖案的沉積製作。熱電器件的圖形由多塊鏤空掩模板實現，利用了滾珠精確定位，高效且方便。
【專利說明】垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及熱電器件的製造領域，具體地，涉及一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置。

【背景技術】
[0002]熱電器件能夠實現熱能與電能的直接轉換，具有發電和製冷等兩個基本功能，可廣泛應用於電子，光電子，航天，國防，生物醫學等許多重要領域。熱電器件為全固體構造，具有結構緊湊，無可移動部件，無燥音，無汙染氣體排放等突出優點，越來越引起人們的廣泛關注。常規熱電器件一般採用垂直型(cross-plane)結構，而薄膜熱電器件一般可大致分為平面型(in-plane)和垂直型(cross-plane)兩種結構。圖1顯不了一種垂直型熱電器件的結構示意圖，它的主要部件包括P型(N型)熱電臂1、N型(P型)熱電臂2、底部連接電極3、頂部連接電極4、底部基板5和頂部基板6等幾個主要部分，其中N型和P型熱電臂通過底部和頂部連接電極交替地串接在一起，並且所有熱電臂都與基板垂直並平行於熱流方向。採用垂直型結構的常規熱電器件的熱電臂一般由塊體熱電材料製成，其高度可低至幾百微米。由於通過熱電臂的熱流密度(Heat flux)與其高度成反比，因此為了獲得較大的電輸出功率密度或者製冷功率密度，需要把其高度進一步減小到幾十個微米甚至幾個微米的範圍，從塊體熱電材料出發加工如此薄的熱電臂並將其組裝成器件是比較困難的，而採用薄膜生長技術和半導體加工技術則可以相對容易地達到以上目標，並可進行規模化地生產。
[0003]最近幾年，以德國Micropelt公司和美國Nextreme公司為代表的生產商已經將垂直型薄膜熱電器件推入了市場。製作垂直型薄膜熱電器件的一個關鍵是熱電臂和電極的圖形化以及圖形之間的相互對準，圖形化主要基於以下兩種方法:一種是基於紫外光刻和幹(溼)法刻蝕技術，另外一種是基於鏤空掩模板(stencil mask)技術,相對於前者,後一種方法相對簡便，所需的圖形可以在物理氣相沉積過程中直接形成，避免了紫外光刻和幹(溼)法刻蝕等步驟。目前的模板加工技術已經可以將鏤空掩模板的最小開孔尺寸縮小到亞微米水平，對於垂直型熱電薄膜器件而言，它的熱電臂的橫截面的特徵尺寸在幾微米到幾百微米之間，因此採用鏤空掩模板技術完成上述熱電器件組成部件的圖形化在原則上是可行的，然而，由於在器件製作過程中需要使用多塊鏤空掩模板，掩模板和襯底上已有圖案之間就存在一個對準和固定兩者相對位置(定位)的問題，這種對準和定位一般需要藉助專門的設備才能完成，同時操作步驟比較繁瑣，對準精度和重複性也可能存在問題。


【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置，以提高垂直型薄膜熱電器件的製作效率。
[0005]為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，該製作方法包括:步驟一:製作鏤空掩模板，該鏤空掩模板的鏤空圖案用於限定所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的至少部分圖案，並且將襯底固定在襯底託上；步驟二:在所述襯底託和鏤空掩模板上分別形成位置相對的至少一套定位孔，每套所述定位孔中包括至少三個定位孔，通過在所述定位孔上放置定位滾珠以將所述鏤空掩模板間隔地定位安裝在所述襯底託上；步驟三:將所述襯底託和鏤空掩模板裝夾固定，利用物理氣相沉積技術並透過所述鏤空掩模板在所述襯底上完成該鏤空掩模板的鏤空圖案的沉積製作。
[0006]優選地，用於形成所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的圖案的所述鏤空掩模板為多塊，並且所述製作方法還包括:步驟四:更換所述鏤空掩模板並定位，重複步驟三，直至完成所述薄膜熱電器件的熱電臂陣列的整個圖案的沉積製作。
[0007]優選地，在步驟二中，所述襯底託或鏤空掩模板上形成有多套所述定位孔，每套中包括至少三個尺寸相同的所述定位孔，並且各套所述定位孔的尺寸不同，從而通過相應大小的定位滾珠將所述鏤空掩模板定位安裝在所述襯底託上以適應不同厚度的所述襯底。
[0008]優選地，所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列包括底部電極層、形狀相同的多個P型熱電臂和N型熱電臂，該多個P型熱電臂和N型熱電臂呈二維陣列對應排布在底部電極層上，所述製作方法包括:在步驟一中，製作鏤空掩模板以限定所述底部電極層的圖案，所述底部電極層的圖案與所述P型熱電臂或N型熱電臂的圖案相配套，另製作兩塊熱電臂鏤空掩模板(10、11)以分別限定所述P型熱電臂和N型熱電臂的圖案。
[0009]優選地，在所述鏤空掩模板的四周加裝固定板。
[0010]優選地，在步驟三中，將所述襯底託和鏤空掩模板通過緊固件裝夾固定在上裝夾板與下裝夾板之間，固定有所述襯底的襯底託安放在下裝夾板上，所述上裝夾板上設有開口以暴露所述襯底。
[0011]優選地,所述上裝夾板和下裝夾板上對應設有多個安裝孔,該多個安裝孔圍繞安放在所述下裝夾板上的所述襯底設置，所述緊固件穿過所述安裝孔以緊固所述上裝夾板和下裝夾板。
[0012]優選地，所述襯底託和鏤空掩模板的材料為金屬、絕緣體或半導體。
[0013]優選地，所述物理氣相沉積技術為分子束外延沉積技術、濺射沉積技術、脈衝雷射沉積技術、電子束蒸發沉積技術或熱蒸發沉積技術。
[0014]優選地，該製作方法還包括步驟五:在將完成沉積製作的所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列在真空或惰性氣氛中進行退火處理。
[0015]根據本發明的另一方面，還提供了一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，該製作裝置包括襯底、襯底託、多塊鏤空掩模板和裝夾機構，所述襯底固定在所述襯底託上，所述鏤空掩模板的鏤空圖案用於限定所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的至少部分圖案；其中，所述襯底託和鏤空掩模板上分別形成位置相對的至少一套定位孔，每套所述定位孔中包括至少三個定位孔，以通過在所述定位孔上放置定位滾珠將所述鏤空掩模板間隔地定位安裝在所述襯底託上，所述裝夾機構用於裝夾固定所述襯底託和鏤空掩模板。
[0016]優選地，所述襯底託和/或所述鏤空掩模板上形成有間隔設置的多套定位孔。
[0017]優選地，所述鏤空掩模板的四周加裝有固定板。
[0018]優選地，所述裝夾機構包括上裝夾板和下裝夾板，固定有所述襯底的襯底託安放在下裝夾板上，所述上裝夾板上設有開口以暴露所述襯底。
[0019]優選地，所述上裝夾板和下裝夾板上對應設有多個安裝孔，該多個安裝孔圍繞安放在所述下裝夾板上的所述襯底設置，所述緊固件穿過所述安裝孔以緊固所述上裝夾板和下裝夾板。
[0020]通過上述技術方案，根據本發明的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置中，熱電器件的圖形化由鏤空掩模板實現，通過與各種物理氣相沉積制膜技術配合使用以形成熱電器件的熱電臂陣列的圖案，高效且方便。尤其是利用了滾珠定位完成鏤空掩模板與襯底之間的對準和定位，使得製作定位對準精確，便於操作，從而極大地提升了熱電器件的製作效率。
[0021]本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0023]圖1為一種垂直型熱電器件的結構示意圖；
[0024]圖2為多塊鏤空掩模板之間以及鏤空掩模板與襯底之間對準的示意圖；
[0025]圖3a)中將定義底部電極層的鏤空掩模板9置於定位鋼珠14上，上述鋼珠位於襯底託7的定位孔中；
[0026]圖3b)為完成了對準和定位後的襯底託和鏤空掩模板的側視圖；
[0027]圖3c)中將襯底託和鏤空掩模板的組合體用夾具上板16、夾具下板17和緊固件20固定；
[0028]圖3d)中製作完成的底部電極層圖案22和對準標記23 ；
[0029]圖3e)為底部電極層的結構示意圖；
[0030]圖4a)中將定義P型(N型)熱電臂的鏤空掩模板10置於鋼珠14上，上述鋼珠位於襯底託7的定位孔中；
[0031]圖4b)中沉積了 P型(N型)熱電臂的組件結構示意圖；
[0032]圖5a)中將定義N型(P型)熱電臂的鏤空掩模板11置於鋼珠14上，上述鋼珠位於襯底託7的定位孔中；
[0033]圖5b)為沉積了 P型和N型熱電臂的組件的結構示意圖。
[0034]圖6a)為頂部沉積層的結構示意圖；
[0035]圖6b)將定義頂部沉積層的鏤空掩模板12置於鋼珠14上，上述鋼珠位於襯底託7的定位孔中；
[0036]圖7a)圖示了實施例1中使用的襯底託29上設有三組不同尺寸的定位孔；
[0037]圖7b)圖示了實施例1中使用的底部電極層鏤空掩模板30 ；
[0038]圖7c)圖示了實施例1中使用的P型(N型)熱電臂的鏤空掩模板31 ；
[0039]圖7d)圖示了實施例1中使用的N型(P型)熱電臂鏤空掩模板32，為清楚起見，上述三塊鏤空掩模板未顯示加固框15 ;以及
[0040]圖8圖示了實施例1中使用的與磁控濺射設備(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控濺射儀)相適合的夾具上板16和夾具下板17。
[0041]附圖標記說明
[0042]I N型熱電臂2P型熱電臂
[0043]3 底部連接電極4頂部連接電極
[0044]5 底部基板6頂部基板
[0045]7 襯底託8襯底
[0046]9 底部電極層鏤空掩模板 10P型(N型)熱電臂鏤空掩模板
[0047]11 N型(P型)熱電臂鏤空掩模板12 頂部沉積層鏤空掩模板
[0048]13a-13e定位孔14定位滾珠
[0049]15 掩模板加固框16夾具上板
[0050]17 夾具下板18圓孔
[0051]19 開口20緊固件
[0052]21 螺絲孔22底部電極層圖形
[0053]23 對準標記24a粘附層
[0054]24b 導電層24c擴散阻擋層
[0055]25 P型熱電臂陣列26N型熱電臂陣列
[0056]27 擴散阻擋層28焊料浸潤層
[0057]29 實施例1中的襯底託30 實施例1中的底部電極層掩模板
[0058]31 實施例1中的P型(N型)熱電臂掩模板
[0059]32 實施例1中的N型(P型)熱電臂掩模板33 Si02/Si襯底

【具體實施方式】
[0060]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0061]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如「上、下、頂、底」通常是針對附圖所示的方向而言的或者是針對豎直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置關係描述用詞。
[0062]本發明在此提供了如下一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法和製作裝置。
[0063]I)首先設計製作襯底託7和多塊鏤空掩模板9-12，如圖2所示，每塊鏤空掩模板上設計一組鏤空圖形，分別用來定義底部電極層、P型(N型)熱電臂，N型(P型)熱電臂，熱電臂頂部沉積層(如擴散阻擋層或者焊接浸潤層)。在襯底託和各塊鏤空掩模板上分別製作有定位孔13a_13e,當襯底託的定位孔13a與鏤空掩模板的定位孔(13b_13e)對準後,各鏤空掩模板上的圖形相對於襯底8上已製作圖形的位置也就確定了。(圖2)
[0064]優選地，上述鏤空掩模板和襯底託可以採用金屬(如不鏽鋼片)製作，也可以採用半導體(如矽單晶片)製作。
[0065]優選地，在襯底託和各個鏤空掩模板上可以製作一組以上不同尺寸的定位孔，與不同直徑的定位鋼珠配合使用，用來改變鏤空掩模板和襯底託之間的距離，以容納不同厚度的襯底，或者調節掩模板與襯底之間的間隙。
[0066]2)在襯底託7上固定襯底8，襯底8可以是玻璃片，石英片，陶瓷片或者帶有絕緣層的半導體片，在一個完整的熱電器件中，襯底8將作為底部基板。在襯底託7的一組相同尺寸的定位孔中放入一組相同直徑的定位鋼珠14 (圖3a)，優選地，上述定位鋼珠的數目可以是4個；再將定義底部電極層的鏤空掩模板9置於鋼珠14上(圖3a)，稍微移動掩模板9，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位，圖3b顯示的是鏤空掩模板完成對準定位後的側視圖。優選地，在所有鏤空掩模板的周圍可以固定加固框15，以增加鏤空掩模板的強度。
[0067]3)將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具固定(圖3c)，上述夾具的具體形狀和尺寸需要與進行下一步物理氣相沉積的設備相適應，該夾具需要具備下列基本特徵:它由上板16和下板17組成，上板有開口 19以暴露襯底，上板和下板上還分別設有圓孔18和螺絲孔21，上板和下板之間用緊固件20連接。
[0068]利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積底部電極層圖形22和對準標記23 (圖3d)，上述對準標記將便於在製作好的熱電臂陣列上開展進一步的加工操作(如紫外光刻，以及熱電臂陣列與頂部電極之間的焊接)。所使用的物理氣相沉積技術可以是金屬熱蒸鍍，電子束蒸鍍和磁控濺射沉積等等。
[0069]底部電極層主要由導電層24b構成，作為導電層的金屬可以是Cu，Au，Pt，Ag，Al等；底部電極還可以另外包含粘附層24a和擴散阻擋層24c。(圖3e)粘附層24a用來增加襯底和導電層24b之間的粘接力，作為粘附層的金屬可以是Cr，Ti，Mo，Ta，Pt，Nb等；擴散阻擋層24c用來阻止導電層24b的原子擴散進入熱電臂而降低熱電薄膜的熱電性質，作為擴散阻擋層的可以是Ni等金屬。
[0070]4)完成底部電極層的製作後，移去夾具上板16、夾具下板17和鏤空掩模板9，在不改變襯底8位置的情況下，將定義P型熱電臂的鏤空掩模板10置於鋼珠14上(圖4a)，稍微移動掩模板10，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位。將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具固定，上述夾具的具體形狀和尺寸需要與進行下一步物理氣相沉積的設備相適應，參照圖3c，該夾具需要具備下列基本特徵:它由上板16和下板17組成，上板有開口 19以暴露襯底，上板和下板上還分別設有圓孔18和螺絲孔21，上板和下板之間用緊固件20連接。
[0071 ] 5)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積P型熱電臂陣列25 (圖4b)。上述物理氣相沉積技術可以是指分子束外延、濺射(如磁控濺射)、脈衝雷射沉積、電子束蒸發、熱蒸發等制膜技術。構成熱電臂的材料可以是含有異質結的多層超晶格薄膜，也可以是單層薄膜。
[0072]6)完成P型熱電臂的沉積後，移去夾具上板16、夾具下板17和鏤空掩模板10，在不改變襯底8位置的情況下，將定義N型熱電臂的鏤空掩模板11置於鋼珠14上(圖5a)，微移動掩模板11，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位。將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具固定，參照圖3c，上述夾具的具體形狀和尺寸需要與進行下一步物理氣相沉積的設備相適應，該夾具需要具備下列基本特徵:它由上板16和下板17組成，上板有開口 19以暴露襯底，上板和下板上還分別設有圓孔18和螺絲孔21，上板和下板之間用緊固件20連接。
[0073]7)利用物理氣相沉積技術在襯底上沉積N型熱電臂陣列26 (圖5b)。上述物理氣相沉積技術可以是指分子束外延、濺射(如磁控濺射)、脈衝雷射沉積、電子束蒸發、熱蒸發等制膜技術。構成熱電臂的材料可以是含有異質結的多層超晶格薄膜，也可以是單層薄膜。
[0074]8)優選地，在完成P型和N型熱電臂的製作後，還可以在熱電臂上部製作頂部沉積層，如圖6a所示，頂部沉積層可以包含擴散阻擋層27，還可以包含焊料浸潤層28，因為在製作一個完整的熱電器件的時候，熱電臂的頂部一般需要通過焊料與器件的頂部電極焊接在一起，擴散阻擋層27用來阻止焊料層的原子擴散進入熱電臂而降低熱電薄膜的熱電性質，作為擴散阻擋層的材料可以是Ni等金屬；焊料浸潤層28有利於熱電臂與頂部電極之間的焊接，構成焊料浸潤層28的材料可以是Cu，Ni, Pd等金屬。
[0075]為了製作頂部沉積層，移去夾具上板16、夾具下板17和鏤空掩模板11，在不改變襯底位置的情況下，將定義熱電臂頂部沉積層的掩膜板12置於鋼珠14上(圖6b)，稍微移動掩模板12，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位。將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具固定，上述夾具的具體形狀和尺寸需要與進行下一步物理氣相沉積的設備相適應，該夾具需要具備下列基本特徵:它由上板16和下板17組成，上板有開口 19以暴露襯底,上板和下板上還分別設有圓孔18和螺絲孔21，上板和下板之間用緊固件20連接。
[0076]在熱電臂頂部利用物理氣相沉積技術製作頂部沉積層，如擴散阻擋層27和焊料浸潤層28(圖6b)上述物理氣相沉積技術可以是指濺射(如磁控濺射)、電子束蒸發或者熱蒸發等制膜技術。
[0077]9)在真空或者惰性氣氛中對熱電臂陣列進行退火處理。
[0078]以下通過一種具體實施例1來進一步詳細闡述。
[0079]實施例1:採用與滾珠自對準定位機制相結合的鏤空掩模板技術、磁控濺射技術和金屬熱蒸鍍技術，在Si02/Si襯底上製作底部電極層、P型和N型熱電臂陣列；上述P型和N型熱電臂陣列由磁控濺射方法沉積，其中P型半導體靶材的組分為Bitl 5Sb15Te3外加約4wt%的Te，N型半導體靶材的組分為Bi2Te2.7Sea3。
[0080]I)採用不鏽鋼材料製作襯底託29 (圖7a)、底部電極層掩模板30 (圖7b)、P型(N型)熱電臂掩模板31 (圖7c)、N型(P型)熱電臂掩模板32 (圖7d)。如圖7c和圖7d所示，上述掩模板定義了兩組圖形，其中第一組圖形中單個熱電臂橫截面的設計直徑是400微米，第二組圖形中單個熱電臂橫截面的設計直徑是200微米。
[0081 ] 另外，襯底託29上製作有三組不同直徑的定位孔(分別以A、B、C代表，直徑分別為0.95mm、0.97mm和0.99mm),與之對應，在各個掩模板也分別製作有三組不同直徑的定位孔(分別以V、B'、C'代表，直徑也分別為0.95mm，0.97mm和0.99mm)。
[0082]2)把Si02/Si襯底33粘貼固定到襯底託29上，根據襯底的厚度選擇合適尺寸的一組鋼珠(4個)和一組定位孔，儘量使得鏤空掩模板和襯底表面之間的距離在定位完成後達到最小，從而減少沉積過程中圖形的寬化，但上述距離以掩模板與襯底上將要製作的圖形不碰到一起為限，以避免損傷圖形。將選擇好的四個鋼珠放置在襯底託上所確定的某組定位孔處(如圖7a中的B組)，參照圖3a，將定義底部電極層的鏤空掩模板30置於鋼珠上，稍微移動掩模板，使得鋼珠卡入掩模板上相應的一組定位孔(如B'組)中，完成對準。
[0083]3)參照圖3c，將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具上板16、夾具上板17和螺絲20固定。
[0084]4)利用金屬熱蒸鍍方法在襯底上先沉積金屬Cr層，作為粘附層24a，接著沉積Au層，作為導電層24b，從而完成底部電極層的製作。在上述的金屬熱蒸鍍過程中，所使用設備為北京中科科儀的SBC-2型金屬鍍膜機。
[0085]5)完成底部電極層的製作後，移去夾具的上板16和下板17，以及鏤空掩模板30，參照圖4a，在不改變襯底33位置的情況下，將定義P型熱電臂的鏤空掩模板31置於鋼珠14上，稍微移動掩模板31，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位。
[0086]將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具上板16、夾具下板17和螺絲20固定(圖8)，上述夾具的具體形狀與下一步將要使用的磁控濺射設備(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控濺射儀)相匹配。
[0087]接下來利用磁控濺射方法在襯底上沉積P型熱電臂。沉積前腔體背景壓強為1.4X10_4Pa，沉積時基板不加熱，高純氬氣流量為25SCCm，所採用射頻(RF)電源的功率為60W，沉積時間為7200s，濺射時腔體背景壓強為LSXlOla。
[0088]6)完成P型熱電臂的製作後，移去夾具上板16、夾具下板17和鏤空掩模板31，得到P型熱電臂陣列。
[0089]接下來，參照圖5a，在不改變襯底33位置的情況下，將定義N型熱電臂的鏤空掩模板32置於鋼珠14上，稍微移動掩模板32，使得鋼珠卡入掩模板上相應的定位孔中，完成對準和定位。
[0090]將完成了對準和定位的襯底託-鏤空掩模板組合體用夾具上板16、夾具下板17和螺絲20固定(圖8)，上述夾具的具體形狀與將要使用的磁控濺射設備(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控濺射儀)相匹配。
[0091]接下來利用磁控濺射方法在襯底上沉積N型熱電臂。沉積前腔體背景壓強為
2.3X10_4Pa，沉積時基板不加熱，高純氬氣流量為25SCCm，所採用射頻(RF)電源的功率為50W，沉積時間為9000s，濺射時腔體背景壓強為1.SXlOla。
[0092]7)完成N型熱電臂的製作後，移去夾具上板16、夾具下板17和鏤空掩模板32，最後得到P型和N型熱電臂陣列。
[0093]以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
[0094]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0095]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，該製作方法包括: 步驟一:製作鏤空掩模板(9、10、11、12)，該鏤空掩模板的鏤空圖案用於限定所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的至少部分圖案，並且將襯底(8)固定在襯底託(7)上； 步驟二:在所述襯底託(7)和鏤空掩模板(9、10、11、12)上分別形成位置相對的至少一套定位孔(13a_13e)，每套所述定位孔中包括至少三個定位孔，通過在所述定位孔(13a-13e)上放置定位滾珠(14)以將所述鏤空掩模板(9、10、11、12)間隔地定位安裝在所述襯底託(7)上； 步驟三:將所述襯底託(7)和鏤空掩模板(9、10、11、12)裝夾固定，利用物理氣相沉積技術並透過所述鏤空掩模板(9、10、11、12 )在所述襯底(8 )上完成該鏤空掩模板(9、10、11、12)的鏤空圖案的沉積製作。
2.根據權利要求1所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，用於形成所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的圖案的所述鏤空掩模板(9、10、11、12)為多塊，並且所述製作方法還包括: 步驟四:更換所述鏤空掩模板(9、10、11、12)並定位，重複步驟三，直至完成所述薄膜熱電器件的熱電臂陣列的整個圖案的沉積製作。
3.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，在步驟二中，所述襯底託(7)或鏤空掩模板(9、10、11、12)上形成有多套所述定位孔(13a_13e)，每套中包括至少三個尺寸相同的所述定位孔，並且各套所述定位孔的尺寸不同，從而通過相應大小的定位滾珠(14)將所述鏤空掩模板(9、10、11、12)定位安裝在所述襯底託(7 )上以適應不同厚度的所述襯底(8 )。
4.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列包括底部電極層(22)、形狀相同的多個P型熱電臂和N型熱電臂，該多個P型熱電臂和N型熱電臂呈二維陣列對應排布在底部電極層(22)上,所述製作方法包括: 在步驟一中，製作鏤空掩模板(9)以限定所述底部電極層的圖案，所述底部電極層的圖案與所述P型熱電臂和N型熱電臂的圖案相配套，另製作兩塊熱電臂鏤空掩模板(10、11)以分別限定所述P型熱電臂和N型熱電臂的圖案。
5.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，在所述鏤空掩模板(9、10、11、12)的四周加裝固定板(15)。
6.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，在步驟三中，將所述襯底託(7)和鏤空掩模板(9、10、11、12)通過緊固件(20)裝夾固定在上裝夾板(16 )與下裝夾板(17 )之間，固定有所述襯底(8 )的襯底託(7 )安放在下裝夾板(17)上，所述上裝夾板(16)上設有開口以暴露所述襯底(8)。
7.根據權利要求6所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，所述上裝夾板(16)和下裝夾板(17)上對應設有多個安裝孔(18、21)，該多個安裝孔(18、21)圍繞安放在所述下裝夾板(17)上的所述襯底(8)設置，所述緊固件(20)穿過所述安裝孔(18、21)以緊固所述上裝夾板(16)和下裝夾板(17)。
8.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，所述襯底託(7)和鏤空掩模板(9、10、11、12)的材料為金屬、絕緣體或半導體。
9.根據權利要求2所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，所述物理氣相沉積技術為分子束外延沉積技術、濺射沉積技術、脈衝雷射沉積技術、電子束蒸發沉積技術或熱蒸發沉積技術。
10.根據權利要求2-9中任意一項所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作方法，其特徵在於，該製作方法還包括步驟五:將完成沉積製作的所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列在真空或惰性氣氛中進行退火處理。
11.一種垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，其特徵在於，該製作裝置包括襯底(8 )、襯底託(7)、多塊鏤空掩模板(9、10、11、12 )和裝夾機構，所述襯底(8 )固定在所述襯底託(7)上，所述鏤空掩模板(9、10、11、12)的鏤空圖案用於限定所述垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的至少部分圖案； 其中，所述襯底託(7)和鏤空掩模板(9、10、11、12)上分別形成位置相對的至少一套定位孔(13a_13e)，每套所述定位孔中包括至少三個定位孔，以通過在所述定位孔(13a_13e)上放置定位滾珠(14)將所述鏤空掩模板(9、10、11、12)間隔地定位安裝在所述襯底託(7)上，所述裝夾機構用於裝夾固定所述襯底託(7 )和鏤空掩模板(9、1、11、12 )。
12.根據權利要求11所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，其特徵在於，所述襯底託(7)和/或所述鏤空掩模板(9、10、11、12)上形成有間隔設置的多套定位孔(13a_13e)。
13.根據權利要求11所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，其特徵在於，所述鏤空掩模板(9、10、11、12)的四周加裝有固定板(15)。
14.根據權利要求11所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，其特徵在於，所述裝夾機構包括上裝夾板(16 )和下裝夾板(17 )，固定有所述襯底(8 )的襯底託(7 )安放在下裝夾板(17)上，所述上裝夾板(16)上設有開口(19)以暴露所述襯底(8)。
15.根據權利要求15所述的垂直型薄膜熱電器件的熱電臂陣列的製作裝置，其特徵在於，所述上裝夾板(16)和下裝夾板(17)上對應設有多個安裝孔(18、21)，該多個安裝孔(18、21)圍繞安放在所述下裝夾板(17)上的所述襯底(8)設置，所述緊固件(20)穿過所述安裝孔(18、21)以緊固所述上裝夾板(16)和下裝夾板(17)。
【文檔編號】H01L35/34GK104347789SQ201310337004
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2013年8月5日
【發明者】王漢夫, 官愛強, 褚衛國 申請人:國家納米科學中心