熱電產生器的製作方法
2023-08-04 03:20:31 1
本公開實施例有關於一種熱電產生器，且特別有關於一種晶圓內的熱電產生器。
背景技術：
用以將周遭稀疏能量轉換為電力的能量收集(energyharvesting)技術可做為電子裝置的供應電源。
近來，用於物聯網(internetofthings，iot)應用的超低功率(ultra-low-power，ulp)電路需要能自體發電(self-generating)。此外，需要非常小的超低功率電路，例如，尺寸為毫米或是更小。
技術實現要素：
本公開實施例提供一種熱電產生器。上述熱電產生器包括一熱電結構以及耦接於上述熱電結構的一橋式整流器。上述熱電結構包括一半導體基底、設置在上述半導體基底上的一第一金屬層、設置在上述第一金屬層上的一介電層、設置在上述介電層上的一第二金屬層，以及設置在上述介電層內且耦接於上述第一電極與上述第二電極之間的多第一材料。上述第一金屬層包括多第一電極。上述第二金屬層包括多第二電極。上述橋式整流器根據來自上述熱電結構的一電能而提供一輸出電壓。上述熱電結構是根據上述第一金屬層與上述第二金屬層之間的一溫度差而提供上述電能。上述第一材料是一熱電材料。
附圖說明
圖1a至圖1h是顯示根據本公開一些實施例所述的製造熱電產生器的熱電結構的中間階段的剖面圖；
圖2a至圖2g是顯示根據本公開一些實施例所述的圖1h中熱電結構的第一類型納米線和/或第二類型納米線的形狀；
圖3是顯示根據本公開一些實施例所述的熱電產生器；
圖4是顯示根據本公開一些實施例所述的橋式整流器；
圖5是顯示根據本公開一些實施例所述的熱電產生器；
圖6是顯示根據本公開一些實施例所述的熱電產生器；
圖7是顯示根據本公開一些實施例所述的熱電產生器；
圖8是顯示根據本公開一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構的上視圖；
圖9是顯示根據本公開一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構的上視圖；以及
圖10是顯示根據本公開一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構的上視圖。
附圖標記說明：
100、100a、100b、100c、500_1-500_n、500a-500c～熱電結構；
110～半導體基底；
120～第一介電層；
125a-125c～元件；
130、130_1-130_7、130_a、130_b、130a-130d～第一電極；
140～第二介電層；
142～孔洞；
144～多晶材料；
150、155～掩模；
160～第一類型納米線；
165～第三類型納米線；
170～第二類型納米線；
180、180_1-180_6～第二電極；
300a、300b、300c、400～熱電產生器；
310a、310b、310c～微能量收集裝置；
320a、320b、420～橋式整流器；
330a、330b、340a、340b～端點；
410～微能量收集裝置；
430～能量儲存裝置；
440～電源管理電路；
c1～電容；
d1-d4～二極體；
in1、in2～輸入端；
m1-m4～電晶體；
out1、out2～輸出端；以及
vout～輸出電壓。
具體實施方式
為讓本公開實施例的上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，並配合說明書附圖，作詳細說明如下：
以下的公開內容提供許多不同的實施例或範例以實施本公開的不同特徵。以下的公開內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。另外，以下公開書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
下文描述實施例的各種變化。通過各種視圖與所示出的的實施例，類似的元件標號用於標示類似的元件。應可理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，可以取代或省略部分的操作步驟。
熱電(thermoelectric)電源產生器能夠將材料的溫度差傳換成電能，特別是電信號。這種轉換稱為塞貝克(seebeck)效應。例如，材料中的溫度差會引起材料內的自由電荷載子從材料的熱側擴散到材料的冷側，從而產生熱電電壓。
圖1a至圖1h是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的製造熱電產生器的熱電結構100的中間階段的剖面圖。
圖1a是顯示半導體基底110、半導體基底110上方的第一介電層120，以及元件125a-125c。在一些實施例中，半導體基底110可以是大塊(bulk)半導體基底、絕緣體上半導體(semiconductor-on-insulator，soi)基底、多層或傾斜基底或類似。半導體基底110的半導體可包括元素半導體，例如矽、鍺或類似物。再者，半導體基底110更可以是晶圓，而熱電結構110是設置在晶圓的熱電產生器中。在一些實施例中，第一介電層120可以是包括金屬互連的層間介電層(inter-layerdielectric，ild)。
熱電產生器的電路包括元件125a-125c。在一些實施例中，元件125a-125c為電路內的電晶體，而電晶體的汲/源極區是設置在半導體基底110內，其中電晶體的柵極區是設置在第一介電層120內。在其他實施例中，元件125a-125c可以是電路中的主動元件或是無源元件。
在圖1b中，執行沉積製程與蝕刻製程，用以在第一介電層120上方的第一金屬層中形成第一電極130。在一些實施例中，第一金屬層為底部金屬層。
在圖1c中，執行沉積製程，用以在第一介電層120上方的形成第二介電層140。再者，第二介電層140會覆蓋第一電極130。在一些實施例中，第二介電層140為層間介電層(ild)。
在圖1d中，執行蝕刻製程，用以在第二介電層140中形成孔洞142。第一電極130的上表面會經由孔洞142而暴露。孔洞142與第一電極130之間的排列將詳述於後。
在圖1e中，執行電鍍製程或沉積製程(例如化學氣相沉積(chemicalvapordeposition，cvd)或是原子層沉積(atomiclayerdeposition，ald))，用以在孔洞142中沉積/生長多晶材料144。在一些實施例中，多晶材料144包括鉍(bismuth)、碲化鉍(bi2te3)、硒化鉍(bi2se3)或是碲化鉛(pbte)的熱電材料。
在圖1f中，將由光致抗蝕劑材料所形成的掩模150設置在第二介電層140上。掩模150具有特定圖樣，以便覆蓋多晶材料144的第一部分。執行植入製程，用以將第一類型材料(如標號152所顯示)植入至多晶材料144的第二部分，而多晶材料144的第二部分並未被掩模150所覆蓋。於是，形成了具有第一類型摻雜物的納米線160。在完成植入製程之後，將掩模150移除。
在圖1g中，將由光致抗蝕劑材料所形成的掩模155設置在第二介電層140上。掩模155具有特定圖樣，以便覆蓋多晶材料144的第二部分。執行植入製程，用以將第二類型材料(如標號154所顯示)植入至多晶材料144的第一部分，而多晶材料144的第一部分並未被掩模155所覆蓋。於是，形成了具有第二類型摻雜物的納米線170。在完成植入製程之後，將掩模155移除。
在一些實施例中，第一類型材料是包括碲的n型材料，而第二材料是包括錫、硼或鎵的p型材料。在其他實施例中，第一類型材料是包括錫、硼或鎵的p型材料，而第二材料是包括碲的n型材料。
在圖1h中，執行沉積製程與蝕刻製程，用以在第二介電層140上的第二金屬層中形成第二電極180。於是，形成了熱電結構100。在一些實施例中，第二金屬層為頂部金屬層。再者，第一電極130會形成納米線160與170的底部接點，而第二電極180會形成納米線160與170的頂部接點。
在一些實施例中，根據特定溫度對熱電結構100執行退火製程，例如鉍的熔化溫度(272℃)以上，以便將納米線160與170的多晶材料144進行再結晶。
圖2a至圖2g是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的圖1h中熱電結構100的第一類型納米線160和/或第二類型納米線170的形狀。
在圖2a中，納米線160/170為具有圓形截面的垂直線。
在圖2b中，納米線160/170為具有橢圓形截面的垂直線。
在圖2c中，納米線160/170為具有圓角(rounded-corner)矩形截面的垂直線。
在圖2d中，納米線160/170為具有圓角方形截面的垂直線。
在圖2e中，納米線160/170為具有方形或矩形截面的垂直線。
在圖2f中，納米線160/170為具有三角形截面的垂直線。
在圖2g中，納米線160/170為具有六邊形截面的垂直線。
納米線160/170可具有其他截面。如此技藝的人士所容易理解的，可通過圖1d的孔洞142的形成而形成截面。在一些實施例中，納米線160/170可以是具有特定截面的水平線，例如圓形、橢圓形、圓角矩形、圓角方形、方形、矩形、三角形或是六邊形。
圖3是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的熱電產生器300a。熱電產生器300a包括微能量收集裝置310a與橋式整流器(rectifierbridge)320a。
微能量收集裝置310a包括熱電結構100a。如先前所描述，熱電結構100a包括第一電極130、第二電極180、第一類型納米線160與第二類型納米線170。為了簡化說明，將不再進一步描述熱電結構100a中的其他形成。
在一些實施例中，第一類型納米線160為摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170為摻雜有p型摻雜物的熱電材料。在其他實施例中，第一類型納米線160為摻雜有p型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170為摻雜有n型摻雜物的熱電材料。
第一類型納米線160與第二類型納米線170耦接於所對應的第一電極130與所對應的第二電極180之間。在圖3中，第一類型納米線160耦接於第二電極180的端點340a與第一電極130的端點330b之間，且第二類型納米線170耦接於第二電極180的端點340b與第一電極130的端點330a之間。
在操作期間，熱電結構100a的熱側會驅動納米線中的電子往熱電結構100a的冷側移動，而產生電流i。納米線中的空穴將依電流i的方向而從熱側流向冷側，因此可將熱能轉換為電能。
橋式整流器320a具有一對輸入端in1與in2，用以接收來自熱電結構100a且對應於電流i的電能。再者，橋式整流器320a具有一對輸出端out1與out2，用以提供輸出電壓vout。根據來自熱電結構100a且對應於電流i的電能，橋式整流器320a能在輸出端out1與out2提供輸出電壓vout。
值得注意的是，第一類型納米線160、第二類型納米線170、第一電極130以及第二電極180可以重複多次以形成陣列，而橋式整流器320a耦接於該陣列的終點的電極。例如，橋式整流器320a的輸入端in1耦接於第一電極130_b，而橋式整流器320a的輸入端in2耦接於第一電極130_a。
在一些實施例中，橋式整流器320a包括至少四個二極體d1、d2、d3與d4。二極體d1具有耦接於輸出端out2的陽極，和耦接於輸入端in1的陰極。二極體d2具有耦接於輸出端out2的陽極以及耦接於輸入端in2的陰極。二極體d3具有耦接於輸入端in1的陽極以及耦接於輸出端out1的陰極。二極體d4具有耦接於輸入端in2的陽極以及耦接於輸出端out1的陰極。
圖3中，耦接於相同的第二電極180的第一類型納米線160與第二類型納米線170可視為一對(pair)熱電線。安排該對熱電線，使得熱電結構100a具有電性串聯和熱性並聯的第一類型納米線160和第二類型納米線170。例如，假設每一對熱電線能產生大約1μv/k。於是，在δt＝1k的情況下，1,000,000對的熱電線能提供大約1v，其中δt是第一電極130與第二電極180之間的溫度差。
圖4是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的橋式整流器320b。橋式整流器320b具有一對輸入端in1與in2以及一對輸出端out1與out2。橋式整流器320b包括至少四個電晶體m1至m4。電晶體m1耦接於輸入端in1與輸出端out2之間的nmos電晶體，且電晶體m1的柵極耦接於輸入端in2。電晶體m2耦接於輸入端in2與輸出端out2之間的nmos電晶體，且電晶體m2的柵極耦接於輸入端in1。在一些實施例中，電晶體m1與m2的基極耦接於輸出端out2。
在橋式整流器320b中，電晶體m3耦接於輸入端in1與輸出端out1之間的pmos電晶體，且電晶體m3的柵極耦接於輸入端in2。電晶體m4耦接於輸入端in2和輸出端out1之間的pmos電晶體，且電晶體m4的柵極耦接於輸入端in1。在一些實施例中，電晶體m3與m4的基極耦接於輸出端out1.
圖5是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的熱電產生器300b。熱電產生器300b包括微能量收集(harvesting)裝置310b以及橋式整流器320a。
微能量收集裝置310b包括熱電結構100b。熱電結構100b包括第一電極130、第二電極180、第一類型納米線160以及第三類型納米線165。熱電結構310b的形成是相似於圖3的熱電結構310a的形成，為了簡化說明，將不進一步描述。
在一些實施例中，第一類型納米線160摻雜有n型摻雜物的熱電材料。在其他實施例中，第一類型納米線160摻雜有p型摻雜物的熱電材料。值得注意的是，第三類型納米線165不是熱電材料。第三類型納米線165包括不具有摻雜物的導電材料。在一些實施例中，第三類型納米線165、第一電極130與第二電極180是相同金屬材料所形成。
在圖5中，第一類型納米線160耦接於第二電極180的端點340a以及第一電極130的端點330b之間，而第三類型納米線165耦接於第二電極180的端點340b以及第一電極130的端點330a之間。
在此實施例中，耦接於相同的第二電極180的第一類型納米線160與第三類型納米線165可視為一對導電線。安排該對導電線，使得熱電結構100b具有電性串聯和熱性並聯的第一類型納米線160和第三類型納米線165。例如，假設第一類型納米線160摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而每一對導電線能產生大約0.7μv/k。於是，在δt＝2k的情況下，1,000,000對的熱電線能提供大約1.4v，其中δt是第一電極130與第二電極180之間的溫度差。再者，假設第一類型納米線160為摻雜有p型摻雜物的熱電材料而每一對導電線能產生大約0.35μv/k。於是，在δt＝2k的情況下，1,000,000對的熱電線能提供大約1.7v。
圖6是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的熱電產生器300c。熱電產生器300c包括微能量收集裝置310c以及橋式整流器320a。
微能量收集裝置310c包括熱電結構100c。熱電結構100c包括第一電極130、第二電極180、第二類型納米線170與第三類型納米線165。熱電結構310c的形成是相似於圖3的熱電結構310a的形成，為了簡化說明，將不進一步描述。
在一些實施例中，第二類型納米線170摻雜有n型摻雜物的熱電材料。在其他實施例中，第二類型納米線170摻雜有p型摻雜物的熱電材料。值得注意的是，第三類型納米線165不是熱電材料。第三類型納米線165包括不具有摻雜物的導電材料。在一些實施例中，第三類型納米線165、第一電極130與第二電極180是相同金屬材料所形成。
在圖6中，第二類型納米線170耦接於第二電極180的端點340b以及第一電極130的端點330a之間，而第三類型納米線165耦接於第二電極180的端點340a以及第一電極130的端點330b之間。
在此實施例中，耦接於相同的第二電極180的第二類型納米線170與第三類型納米線165可視為一對導電線。安排該對導電線，使得熱電結構100c具有電性串聯和熱性並聯的第二類型納米線170和第三類型納米線165。例如，假設第二類型納米線170摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而每一對導電線能產生大約0.7μv/k。於是，在δt＝2k的情況下，1,000,000對的熱電線能提供大約1.4v，其中δt是第一電極130與第二電極180之間的溫度差。再者，假設第二類型納米線170為摻雜有p型摻雜物的熱電材料而每一對導電線能產生大約0.35μv/k。於是，在δt＝2k的情況下，1,000,000對的熱電線能提供大約0.7v。
圖7是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的熱電產生器400。熱電產生器400包括微能量收集裝置410以及橋式整流器420。再者，熱電產生器400還包括能量儲存裝置430以及電源管理電路440。
微能量收集裝置410包括一或多個熱電結構500_1至500_n。在一些實施例中，熱電結構500_1至500_n的並聯/串聯結合能增加由熱電產生器400所產生的電能。熱電結構的並聯/串聯結合將描述於後。
如先前所描述，橋式整流器420可包括至少四個二極體d1、d2、d3與d4(例如圖3的320a)或是至少四個電晶體m1-m4(例如圖4的320b)。再者，橋式整流器420具有一對輸入端in1與in2以及一對輸出端out1與out2。輸入端in1與in2用以接收對應於來自熱電結構410的電流的電能，而輸出端out1與out2用以提供輸出電壓vout。
能量儲存裝置430耦接於橋式整流器420的輸出端out1與out2，而能量儲存裝置430能儲存來自橋式整流器420的輸出電壓vout。在一些實施例中，能量儲存裝置430包括電容或超級電容c1。在其他實施例中，能量儲存裝置430包括可再充電的電池。
電源管理電路440耦接於能量儲存裝置430。電源管理電路440能調整儲存在能量儲存裝置430的輸出電壓vout，以提供vdd。在一些實施例中，電源管理電路440為電壓轉換器，或是電荷泵(chargepumping)電路。
由電源管理電路440所提供的電壓vdd可作為電子裝置的供應電壓(或是供應電源)，例如穿戴式裝置、可攜式裝置、移動裝置或是使用在物聯網(iot)應用的超低功率電路。值得注意的是，熱電產生器400是設置在電子裝置中，用以對電子裝置進行供電。再者，電源管理電路440能控制電子裝置的操作模式(例如睡眠模式或是啟動模式)，以便控制電子裝置的耗電量。
圖8是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構500a的上視圖。熱電結構500a包括第二電極180、第一電極130、第一類型納米線160與第二類型納米線170。如先前所描述，第二電極180能形成在晶片的頂部金屬層，而第一電極130能形成在晶片的較低金屬層。為了簡化說明，將不再進一步描述熱電結構500a中第一電極130下方的形成。
第一類型納米線160與第二類型納米線170耦接於第二電極180與第一電極130之間。耦接於相同的第二電極180的第一類型納米線160與第二類型納米線170可視為一對熱電線。對該對熱電線而言，第一類型納米線160與第二類型納米線170是分別耦接於不同的兩個第一電極130，而這兩第一電極130是彼此相鄰。
值得注意的是，熱電結構500a中所顯示的8對熱電線僅作為例子。熱電結構中的熱電線對的數量是根據不同應用所決定。
第一類型納米線160、第二類型納米線170、第二電極180和第一電極130可以重複多次以形成陣列。熱電產生器的橋式整流器是在陣列的末端而耦接於第一電極130。
在一些實施例中，第一類型納米線160摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有p型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代，即不具有摻雜物的導電材料。在其他實施例中，第一類型納米線160摻雜有p型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有n型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代。
圖9是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構500b的上視圖。在一些實施例中，各熱電結構500b具有相同的布局與結構。在圖9中，各熱電結構包括第二電極180、第一電極130、第一類型納米線160與第二類型納米線170。如先前所描述，第二電極180可形成在晶片的頂部金屬層，而第一電極130是形成在晶片的較低金屬層。為了簡化說明，將不再進一步描述熱電結構500b中第一電極130下方的形成。
以熱電結構500b作為示範，第二電極180_1至180_6是以第一方向而平行排列。第一電極130_1至130_5是以第一方向而平行排列，而第一電極130_6至130_7是以不同於第一方向的第二方向而平行排列。在一些實施例中，第二方向(例如垂直線)是垂直於第一方向(例如水平線)。在此實施例中，第一電極130_6是設置在第一電極130_1至130_3的左側，而第一電極130_7是設置在第一電極130_1至130_3的右側。在一些實施例中，第一電極130_6與130_7耦接於設置在不同列的底部電極。
在一些實施例中，第一類型納米線160摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有p型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代，即不具有摻雜物的導電材料。在其他實施例中，第一類型納米線160摻雜有p型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有n型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代。
耦接於相同的第二電極180的第一類型納米線160與第二類型納米線170可視為一對熱電線。對該對熱電線而言，第一類型納米線160與第二類型納米線170是分別耦接於不同的兩個第一電極130，而這兩第一電極130是彼此相鄰。
例如，在熱電結構500b中，第二電極180_1是經由第一類型納米線160而耦接於第一電極130_4，而第二電極180_1是經由第二類型納米線170而耦接於第一電極130_1。第二電極180_2是經由第一類型納米線160而耦接於第一電極130_1，而第二電極180_2是經由第二類型納米線170而耦接於第一電極130_7。第二電極180_4是經由第一類型納米線160而耦接於第一電極130_7，而第二電極180_4是經由第二類型納米線170而耦接於第一電極130_2。第二電極180_3是經由第一類型納米線160而耦接於第一電極130_2，而第二電極180_3是經由第二類型納米線170而耦接於第一電極130_6。第一電極180_5是經由第一類型納米線160而耦接於第二電極130_6，而第一電極180_5是經由第二類型納米線170而耦接於第二電極130_3。第一電極180_6是經由第一類型納米線160而耦接於第二電極130_3，而第二電極180_6是經由第二類型納米線170而耦接於第一電極130_5。
在熱電結構500b中，串聯的6對熱電線僅作為例子。熱電結構中串聯的熱電線對的數量是根據不同應用所決定。
在圖9中，多熱電結構500b是經由第一電極130a與130b而並聯耦接。例如，熱電結構500b的第一電極130_4耦接於第一電極130b，而熱電結構500b的第一電極130_5耦接於第一電極130a。
在一些實施例中，第一電極130a與130b可直接連接於熱電結構500b的第一電極130_4與130_5。在其他實施例中，第一電極130a與130b可替代為設置在除了較低金屬層之外的金屬層內的電極。假如電極130a與130b是設置在除了較低金屬層之外的特定金屬層，電極130a與130b是經由特定金屬層與較低金屬層之間的導通孔(via)而耦接於熱電結構500b的第一電極130_4與130_5。
熱電結構500b是以並聯方式耦接。熱電結構500b的並聯結合能增加由熱電產生器所產生的電流。在各熱電結構500b中，於操作期間，熱電結構的熱端會驅動納米線中的電子往熱電結構的冷端移動，而各熱電結構的電流i會產生。具體而言，當圖9中各熱電結構中第一電極130與第二電極180之間有溫度差存在時，第一電極130a與130b之間會產生流經熱電結構的電流i。
在一些實施例中，橋式整流器的輸入端in1耦接於電極130a，而橋式整流器的輸入端in2耦接於電極130b。於是，橋式整流器能根據對應於來自熱電結構500b的總電流(例如3i)的電能而提供輸出電壓vout。
圖10是顯示根據本公開實施例一些實施例所述的微能量收集裝置的熱電結構500c的上視圖。在一些實施例中，各熱電結構500c具有相同的布局與結構。各熱電結構500包括第二電極180、第一電極130、第一類型納米線160與第二類型納米線170。如先前所描述，第二電極180可形成在晶片的頂部金屬層，而第一電極130是形成在晶片的較低金屬層。為了簡化說明，將不再進一步描述熱電結構500c中第一電極130下方的形成。
耦接於相同的第二電極180的單一第一類型納米線160與單一第二類型納米線170可視為一對熱電線。在圖10中，熱電結構的第二電極180具有8對熱電線。值得注意的是，第二電極180所顯示的8對熱電線僅作為例子。第二電極180中熱電線對的數量是根據不同應用所決定。這些熱電線對的並聯結合能增加由熱電結構所產生的電流。
對8對的熱電線而言，第一類型納米線160與第二類型納米線170分別耦接於不同的兩個第一電極130，而這兩第一電極130彼此相鄰。
在一些實施例中，第一類型納米線160摻雜有n型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有p型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代，即不具有摻雜物的導電材料。在其他實施例中，第一類型納米線160摻雜有p型摻雜物的熱電材料，而第二類型納米線170摻雜有n型摻雜物的熱電材料，或是第二類型納米線170可由第三類型納米線165所替代。
在圖10中，熱電結構500c是經由第一電極130而串聯耦接。在一些實施例中，熱電結構500c可經由設置在其他金屬層的電極而串聯耦接。
在一些實施例中，橋式整流器的輸入端in1是經由第一電極130c而耦接於第一熱電結構500c，而橋式整流器的輸入端in2是經由第一電極130d而耦接於第三熱電結構500c。當熱電結構500c中第二電極180與第一電極130之間有溫度差存在時，第一電極130c與130d之間會產生流經熱電結構500c的電流i。於是，橋式整流器能根據對應於來自熱電結構500c的電流的電能而提供輸出電壓vout。
提供了用於製造集成(integrated)熱電產生器的實施例。熱電產生器包括在晶片內的微能量收集裝置與橋式整流器。微能量收集裝置包括一或多個熱電結構，能從晶片的頂部(正面)與底部(背面)之間的溫度差而產生電能。晶片的頂部與底部之間的溫度梯度(temperaturegradient)可以是正的或是負的。電能是用於物聯網(iot)應用中超低功耗(ulp)電路的能量源。例如，假如可穿戴裝置包括具有橋式整流器的熱電產生器，則橋式整流器可以將人體與可穿戴裝置周圍之間的溫度差轉換為電能，以便對可穿戴裝置進行供電。能量收集技術將廣泛應用於物聯網。物聯網的晶片將使用非常低的功率，且不需要設置在電路板上的能量源。通過將塞貝克(seebeck)熱電產生器整合在矽晶片上，可從小的熱梯度來收集能量，而不是典型的能量源，例如光電(微型太陽能電池)以及摩擦電(使用動作或摩擦)等。
在一些實施例中，提供了一種熱電產生器。上述熱電產生器包括一熱電結構以及耦接於上述熱電結構的一橋式整流器。上述熱電結構包括一半導體基底、設置在上述半導體基底上的一第一金屬層、設置在上述第一金屬層的一介電層、設置在上述介電層上的一第二金屬層，以及設置在上述介電層內且耦接於上述第一電極與上述第二電極之間的多第一材料。第一金屬層包括多第一電極。第二金屬層包括多第二電極。上述橋式整流器耦接於上述熱電結構，且根據來自上述熱電結構的一電能而提供一輸出電壓。上述熱電結構是根據上述第一金屬層與上述第二金屬層之間的一溫度差而提供上述電能。上述第一材料是一熱電材料。
在一些實施例中，上述橋式整流器具有耦接於上述多第一電極的一第一特定電極的一第一輸入端、耦接於上述多第一電極的一第二特定電極的一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端。上述橋式整流器包括：一第一二極體，具有耦接於上述第一輸入端的陰極，以及耦接於上述第二輸出端的陽極；一第二二極體，具有耦接於上述第二輸入端的陰極，以及耦接於上述第二輸出端的陽極；一第三二極體，具有耦接於上述第一輸出端的陰極，以及耦接於上述第一輸入端的陽極；以及一第四二極體，具有耦接於上述第一輸出端的陰極，以及耦接於上述第二輸入端的陽極。上述橋式整流器在上述第一輸出端與上述第二輸出端提供上述輸出電壓。
在一些實施例中，上述橋式整流器具有耦接於上述多第一電極的一第一特定電極的一第一輸入端、耦接於上述多第一電極的一第二特定電極的一第二輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端。上述橋式整流器包括：一第一nmos電晶體，耦接於上述第一輸入端以及上述第二輸出端之間，具有耦接於上述第二輸入端的柵極，以及耦接於上述第二輸出端的基極；一第二nmos電晶體，耦接於上述第二輸入端以及上述第二輸出端之間，具有耦接於上述第一輸入端的柵極，以及耦接於上述第二輸出端的基極；一第一pmos電晶體，耦接於上述第一輸出端以及上述第一輸入端之間，具有耦接於上述第二輸入端的柵極，以及耦接於上述第一輸出端的基極；以及一第二pmos電晶體，耦接於上述第一輸出端以及上述第二輸入端之間，具有耦接於上述第一輸入端的柵極，以及耦接於上述第一輸出端的基極。上述橋式整流器在上述第一輸出端與上述第二輸出端提供上述輸出電壓。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括：一能量儲存裝置，耦接於上述橋式整流器，用以儲存上述輸出電壓；以及，一電源管理電路，耦接於上述能量儲存裝置，用以根據所儲存的上述輸出電壓而提供一供應電壓。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括：多第二材料，設置在上述介電層內且耦接於上述第一電極與上述第二電極之間。每一上述第一材料耦接於所對應的上述第一電極的第一端以及所對應的上述第二電極的第一端之間，以及每一上述第二材料耦接於所對應的上述第一電極的第二端以及所對應的上述第二電極的第二端之間。
在一些實施例中，當上述第一材料為摻雜有n型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為摻雜有p型摻雜物的熱電材料，以及當上述第一材料為摻雜有p型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為摻雜有n型摻雜物的熱電材料。
在一些實施例中，當上述第一材料為摻雜有n型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為不具有摻雜物的導電材料。
在一些實施例中，當上述第一材料為摻雜有p型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為不具有摻雜物的導電材料。
在一些實施例中，上述熱電結構與上述橋式整流器是設置在一晶片內，其中上述第一金屬層是上述晶片的較低金屬層，而上述第二金屬層為上述晶片的頂部金屬層。
在一些實施例中，上述第一材料包括鉍、碲化鉍、硒化鉍或是碲化鉛的熱電材料。
在一些實施例中，提供了另一種熱電產生器。上述熱電產生器包括多熱電結構。每一上述熱電結構包括一半導體基底、設置在上述半導體基底上的一第一金屬層、設置在上述第一金屬層的一介電層、設置在上述介電層上的一第二金屬層、設置在上述介電層內的多第一材料，以及設置在上述介電層內的多第二材料。上述第一金屬層包括以一第一方向平行排列的多第一電極，以及以一第二方向平行排列的多第二電極，其中上述第二方向是垂直於上述第一方向。上述第二金屬層包括以上述第一方向平行排列的多第三電極。每一上述第一材料耦接於個別的上述第一或第二電極的第一端以及個別的上述第三電極的第一端之間。每一上述第二材料耦接於個別的上述第一或第二電極的第二端以及個別的上述第三電極的第二端之間。上述第一材料或上述第二材料是一熱電材料。每一上述熱電結構根據上述熱電結構的上述第一金屬層與上述第二金屬層之間的一溫度差而提供一電能。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括耦接於上述熱電結構的一橋式整流器，根據來自上述熱電結構的上述電能而提供一輸出電壓。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括：一第四電極，耦接於每一上述熱電結構的上述多第一電極的一第一特定電極；以及一第五電極，耦接於每一上述熱電結構的上述多第一電極的一第二特定電極。上述熱電結構是並聯耦接於上述第四電極以及上述第五電極之間。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括：一橋式整流器，經由上述第四電極以及上述第五電極而耦接於上述熱電結構，根據來自上述熱電結構且經由上述第四電極以及上述第五電極的上述電能，而提供一輸出電壓。
在一些實施例中，在每一上述熱電結構中，當上述第一材料為摻雜有n型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為摻雜有p型摻雜物的熱電材料，以及當上述第一材料為摻雜有p型摻雜物的熱電材料時，上述第二材料為摻雜有n型摻雜物的熱電材料。
在一些實施例中，上述第一材料與上述第二材料之一者為摻雜有n型摻雜物或p型摻雜物的熱電材料，而上述第一材料與上述第二材料之另一者為不具有摻雜物的導電材料。
在一些實施例中，上述第一或第二材料包括鉍、碲化鉍、硒化鉍或是碲化鉛的熱電材料。
在一些實施例中，提供了另一種熱電產生器。上述熱電產生器包括多熱電結構。每一上述熱電結構包括一半導體基底、設置在上述半導體基底上的一第一金屬層、設置在上述第一金屬層上的一介電層、設置在上述介電層上的一第二金屬層、設置在上述介電層內的多第一材料，以及設置在上述介電層內的多第二材料。上述第一金屬層包括一第一電極與一第二電極。上述第二金屬層包括一第三電極。上述第一材料並聯於上述第一電極以及上述第三電極之間。上述第二材料並聯於上述第二電極以及上述第三電極之間。上述熱電產生器還包括一第四電極，耦接於上述多熱電結構的一第一熱電結構的上述第一電極，以及一第五電極，耦接於上述多熱電結構的一第二熱電結構的上述第二電極。上述第一材料或是上述第二材料為一熱電材料。每一上述熱電結構根據上述熱電結構的上述第一金屬層與上述第二金屬層之間的一溫度差而提供一電能。
在一些實施例中，上述熱電結構是通過將上述熱電結構之一者的上述第一電極以串連方式連接至相鄰於上述熱電結構之該者的上述熱電結構的上述第二電極。
在一些實施例中，上述熱電產生器還包括：一橋式整流器，經由上述第四電極與上述第五電極而耦接於上述熱電結構，用以根據來自上述熱電結構的上述電能而提供一輸出電壓。
雖然本公開已以實施例公開如上，然其並非用以限定本公開，任何所屬技術領域中包括通常知識者，在不脫離本公開的精神和範圍內，當可作些許的變動與潤飾，因此本公開的保護範圍當視後附的權利要求所界定者為準。