熱電轉換結構及使用其的散熱結構的製作方法
2023-10-24 05:58:22
熱電轉換結構及使用其的散熱結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱電轉換結構及使用其的散熱結構，熱電轉換結構包括一熱電轉換單元、一吸熱電極及一導電阻熱層。熱電轉換單元具有相對的一第一端及一第二端。吸熱電極設置於熱電轉換單元的第一端。導電阻熱層設置於熱電轉換單元及吸熱電極之間。散熱結構包括彼此相鄰排列的至少一第一熱電轉換結構及至少一第二熱電轉換結構。電子能穿隧導電阻熱層，但聲子會被導電阻熱層阻隔。本發明的熱電轉換結構及散熱結構，因電子仍能穿隧導電阻熱層，維持熱電轉換結構及散熱結構的導電率。且能藉助導電阻熱層使聲子在介面因材料不匹配，產生散射機制，降低整體熱傳導率。
【專利說明】熱電轉換結構及使用其的散熱結構
【技術領域】
[0001]本發明關於一種熱電轉換結構及使用其的散熱結構，尤其是一種利用帕耳帖(Peltier)效應的熱電轉換結構及使用其的散熱結構。
【背景技術】
[0002]目前散熱的技術中，大多有利用風扇及熱管等方式進行散熱。然而，上述方法皆只能讓所要散熱的物體維持在室溫或是室溫之上的溫度，無法將其溫度降至室溫以下。
[0003]因此，有業者利用帕耳帖效應，製造出能夠主動將熱引導至特定方向的主動式致冷元件。如此致冷元件的原理，是在二種不同的金屬材料接合成的線路上通以直流電，其中一介面端會放熱而另一介面端則會吸熱。由於是藉助電流或電子流主動移動熱量，而使得吸熱端材料所降低的溫度能夠低於室溫。其熱通量為Q=ni。π為帕耳帖係數，I為外加電流。將電子元件放置於吸熱端材料附近，能夠使電子元件的熱被帶走。由於此種致冷元件具有安靜、不需要動件以及可靠度高的特性，且加工可與集成電路整合，而適合應用在電子及光電元件的冷卻。此外，還有業者將此致冷元件應用於迷你冰箱、迷你保溫杯及迷你除溼機內的冷凝結構中。
[0004]然而，由於致冷元件是由數個熱電單元在電性上串聯、熱性上並聯而成，因此金屬以及熱電單元的介面會存在電阻以及熱阻。當熱電單元的厚度降低時，此介面阻抗對致冷元件的惡化將更顯著。介面電阻將造成焦耳熱，而熱阻將使得熱回流的現象加劇，均導致熱電致冷能力降低。
【發明內容】
[0005]有鑑於上述問題，本發明提供一種熱電轉換結構及使用其的散熱結構，藉助導電阻熱層阻隔聲子，但電子仍得以穿隧，並藉助導電阻熱層使聲子在介面因材料不匹配，產生散射機制，降低整體熱傳導率。
[0006]本發明提供一種熱電轉換結構，包括一熱電轉換單元、一吸熱電極及一導電阻熱層。熱電轉換單兀具有相對的一第一端及一第二端。吸熱電極設置於熱電轉換單兀的第一端。導電阻熱層設置於熱電轉換單元及吸熱電極之間。電子能穿隧導電阻熱層，但聲子會被導電阻熱層阻隔。
[0007]上述的熱電轉換結構，其中，還包括一放熱電極以及一導電散熱層，放熱電極設置於熱電轉換單元的第二端。導電散熱層設置於熱電轉換單元及放熱電極之間。導電散熱層能迅速帶走介面的熱，以避免熱回流，進而增進熱電轉換結構的散熱效率。
[0008]本發明還提供一種散熱結構，包括彼此相鄰排列的至少一第一熱電轉換單元及至少一第二熱電轉換單元、至少第一電極、一第二電極及多個導電阻熱層。第一熱電轉換單元具有相對的一第一吸熱端及一第一放熱端。第二熱電轉換單兀具有相對的一第二吸熱端及一第二放熱端。第一電極銜接第一吸熱端及第二吸熱端。第二電極銜接第一放熱端及第二放熱端。多個導電阻熱層分別設置於第一熱電轉換單元與第一電極之間，以及設置於第二熱電轉換單元與第一電極之間。
[0009]上述的散熱結構，其中，還包括多個導電散熱層，分別設置於該第一熱電轉換單元與該第二電極之間，以及設置於該第二熱電轉換單元與該第二電極之間。
[0010]根據本發明的熱電轉換結構及散熱結構，因電子仍能穿隧導電阻熱層，維持熱電轉換結構及散熱結構的導電率。且能藉助導電阻熱層使聲子在介面因材料不匹配，產生散射機制，降低整體熱傳導率。同時藉助導電散熱層使到達熱電轉換單元與導電散熱層介面的熱可以迅速傳導至放熱電極，避免熱經由熱電轉換單元回流至吸熱電極。藉此，使得吸熱電極的溫度能夠降得更多且更快。
[0011]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的實施例的熱電轉換結構的剖視圖；
[0013]圖2A為圖1的導電阻熱層的剖視圖；
[0014]圖2B為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖；
[0015]圖2C為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖；
[0016]圖2D為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖；
[0017]圖3為熱電轉換單元、導電阻熱層及整體的熱傳導率的關係圖；
[0018]圖4為熱電轉換單元及導電阻熱層的厚度比值與整體的熱傳導率的關係圖；
[0019]圖5A為本發明的實施例的散熱裝置的剖視圖；
[0020]圖5B為本發明的實施例的散熱結構的剖視圖。
[0021]其中，附圖標記
[0022]10熱電轉換結構
[0023]11熱電轉換單元
[0024]111 第一端
[0025]112 第二端
[0026]12吸熱電極
[0027]13、13b、13c、13d、23、23a 導電阻熱層
[0028]131、131，第一子層
[0029]132 第二子層
[0030]14放熱電極
[0031]15、25、25a導電散熱層
[0032]16、31 熱源
[0033]17、32 散熱件
[0034]20散熱結構
[0035]21第一熱電轉換單元
[0036]211第一吸熱端
[0037]212第一放熱端
[0038]22、22a 第一電極
[0039]24第二電極[0040]26第二熱電轉換單元
[0041]261第二吸熱端
[0042]262第二放熱端
[0043]33、33a 隔層
[0044]k0、kl、k2 熱傳導率
[0045]X1、X2 厚度
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案進行詳細的描述，以更進一步了解本發明的目的、方案及功效，但並非作為本發明所附權利要求保護範圍的限制。
[0047]請參照圖1，為本發明的實施例的熱電轉換結構10的剖視圖。本發明的熱電轉換結構10，包括一熱電轉換單元11、一吸熱電極12及一導電阻熱層13。熱電轉換結構10還包括一放熱電極14、一導電散熱層15。吸熱電極12設置於熱電轉換單兀11的一第一端111。導電阻熱層13設置於熱電轉換單元11及吸熱電極12之間。電子及電洞的載子能穿隧導電阻熱層13，但聲子會被導電阻熱層13阻隔。其中，由於導電阻熱層13足以使載子(電子及電洞)穿隧導電阻熱層13，因此不會影響電子及電洞的傳導。導電阻熱層13的厚度小於或與聲子平均自由路徑(phonon mean free path)相近時,會產生尺寸效應，由於兩種材料界面不匹配(mismatch)而能造成聲子在邊界發生碰撞散射的行為更加明顯，可降低導電阻熱層13的等效熱傳導率(effective thermal conductivity),並降低熱電轉換結構10的整體的熱傳導率。
[0048]於本實施例中，放熱電極14設置於熱電轉換單兀11的相對於第一端111的一第二端112。導電散熱層15設置於熱電轉換單元11及放熱電極14之間。導電散熱層15能使電子傳導及聲子穿透。其中，吸熱電極12接觸一熱源16，放熱電極14接觸一散熱件17。
[0049]於本實施例中，熱電轉換單元11能例如以N型半導體或P型半導體構成。吸熱電極12及放熱電極14能分別選自鉬、金、鎳、鈀、銅、鋁、銀、鈦、鉭、鎢、鑰、鉻、鈷、鐵、鋯、鉿、釩、銥、鉬合金、金合金、鎳合金、鈀合金、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金、鉭合金、鎢合金、鑰合金、鉻合金、鈷合金、鐵合金、錯合金、鉿合金、f凡合金、銥合金及其組合所構成的群組的其中之一，但不限於此。吸熱電極12及放熱電極14的製造方法包含物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition, CVD)>原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)及電鍍法,但並不限於上述方法。
[0050]於本實施例中，導電散熱層15的厚度能小於lOOnm。導電散熱層15能選自石墨烯、納米碳管、納米線及其組合所構成的群組的其中之一，但不限於此。更甚者，導電散熱層15能以單層的石墨烯構成。導電散熱層15的製造方式能利用化學氣相沉積法，機械剝離法、磊晶成長法或氧化石墨烯化學還原法，但不限於此。
[0051]於本實施例中，導電阻熱層13的厚度為電子可穿隧導電阻熱層13的厚度，因此不影響熱電轉換結構10的導電性。且導電阻熱層13的厚度小於或與聲子的平均自由路徑相近，以使得聲子在導電阻熱層13產生邊界散射，降低整體熱傳導率。導電阻熱層13能利用原子層沉積、化學氣相沉積法或物理氣相沉積法成長，但並不限於上述方法。
[0052]請參照圖2A，為圖1的導電阻熱層13的剖視圖。於本實施例中，導電阻熱層13的結構包括一第一子層131,但不限定於此。第一子層131的材質能選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一。第一子層131的厚度能夠小於10nm。
[0053]於其他實施例中，導電阻熱層能包括多個子層，此些子層能以相異或相同的材質堆疊構成。請參照圖2B，為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖。導電阻熱層13b的結構包括一第一子層131及一第二子層132，但不限定於此。第一子層131的材質能選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組之的其中之一。第一子層131的厚度能夠小於10nm。第二子層132的材質選自金屬矽化物、金屬氮化物、金屬氮矽化物、金屬碳化物、金屬碳矽化物、非晶形合金及其組合所構成的群組的其中之一。第二子層132的厚度能夠小於lOOnm。舉例而言，導電阻熱層13b的結構中，第一子層131的材質能為氧化物，第二子層132的材質能為金屬氮化物，但不限於此。
[0054]請參照圖2C，為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖。導電阻熱層13c的結構包括一第一子層131及一第一子層131』，但不限定於此。第一子層131、131』的材質能各自選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一。第一子層131及第一子層131』的各自的材質能夠相異。第一子層131、131』的總厚度能夠小於10nm。舉例而言，導電阻熱層13c的結構中，第一子層131的材質能為氧化物，第一子層131』的材質能為氮化物，但不限於此。
[0055]請參照圖2D，為本發明的另一實施例的導電阻熱層的剖視圖。導電阻熱層13d的結構包括一第一子層131、一第二子層132及一第一子層131』，但不限定於此。第一子層131、131』的材質能各自選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一。第一子層131及第一子層131』的各自的材質能夠相異。第一子層131、131』的各自的厚度能夠小於10nm。第二子層132的材質選自金屬矽化物、金屬氮化物、金屬氮矽化物、金屬碳化物、金屬碳矽化物、非晶形合金及其組合所構成的群組的其中之一。第二子層132的厚度能夠小於lOOnm。舉例而言，導電阻熱層13d的結構中，第一子層131的材質能為氧化物，第二子層132的材質能為金屬矽化物。第一子層131』的材質能為氮化物，但不限於此。
[0056]熱電轉換結構的熱電轉換效率和熱電優值ZT (figure of merit)相關，ZT可表示為，ZT = CS2 σ/k )T，其中K為熱傳導率，σ為導電率、T為絕對溫度、S為席貝克(Seebeck)係數。因此，席貝克係數及導電率愈高，熱傳導率愈低，則轉換效率愈佳。在聲子散射而使得聲子傳遞速度減慢的情況下，熱傳導率能夠下降，使得熱電優值ZT可上升。因此，本發明能藉助導電阻熱層13而維持導電性以及降低熱傳導率，故可提升熱電優值ΖΤ。
[0057]導電阻熱層13的熱傳導率，以及熱電轉換單元11和導電阻熱層13的厚度比值，兩者與整體熱傳導率的關係，將以下列舉例說明。請參照圖3，為熱電轉換單元11、導電阻熱層13及整體的熱傳導率的關係圖。以鉍碲基底(BiTe-based)熱電材料為例。於鉍碲基底熱電材料所製成的熱電轉換單元11的厚度為Iym時，熱電轉換單元11的熱傳導率k2大約為lW/mK。故在只有熱電轉換單元11而無導電阻熱層13時，整體熱傳導率k0為IW/mK。當導電阻熱層13的厚度為納米尺度時，導電阻熱層13的厚度愈薄，導電阻熱層13的熱傳導率kl隨之下降。將導電阻熱層13的厚度降低至Inm時，導電阻熱層13的熱傳導率kl約為0.01W/mK。於圖3中，將導電阻熱層13設置於熱電轉換單元11時，理想上可使熱電轉換結構整體的熱傳導率kO從只有熱電轉換單元11時的lW/mK降低至0.91W/mK。因此，導電阻熱層13的設置能夠使整體的熱傳導率kO下降。與未設置導電阻熱層13的熱電轉換結構相比，設置了導電阻熱層13的熱電轉換結構能具有較低的熱傳導率。當導電阻熱層13的厚度為電子可穿隧的厚度時，導電阻熱層13不會影響熱電轉換結構的導電性。因此，在不影響導電率的情況下，設置導電阻熱層13能提升熱電優值ZT。
[0058]請參照圖4，為熱電轉換單元及導電阻熱層的厚度比值與整體的熱傳導率的關係圖。厚度X2為熱電轉換單元的厚度，厚度Xl為導電阻熱層的厚度。熱電轉換單元的厚度X2及導電阻熱層的厚度Xl的比值能為100至10000的範圍。當熱電轉換單元的厚度X2及導電阻熱層的厚度Xi的比值由10000降低至1000甚至降低至100時，熱電轉換結構整體的熱傳導率kO可以再降低。當導電阻熱層的厚度為電子可穿隧的厚度時，導電阻熱層不會影響熱電轉換結構的導電性。在設置有熱電轉換單元及導電阻熱層時，又能比單獨僅有熱電轉換單元時具有更低的熱傳導率。更甚者，若是再降低熱電轉換單元及導電阻熱層的厚度比值，更能降低熱傳導率。因此，本發明能藉助維持導電性以及降低熱傳導率，而提升熱電優值ZT。
[0059]舉例而言，於本實施例中，熱電轉換單元11例如以N型半導體所構成。於吸熱電極12及放熱電極14施加偏壓，而使吸熱電極12的電位低於放熱電極14的電位。電子流會從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11，再移動至放熱電極14。電子從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11時，能把吸熱電極12的熱一併移動至熱電轉換單元U。電子從熱電轉換單元11移動至放熱電極14時，能把熱電轉換單元11的熱一併移動至放熱電極14。藉此，熱源16的熱，能夠藉助電子的移動，從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11，再移動至放熱電極14,最後從散熱件17逸散。
[0060]其中，由電子攜帶而移動至熱電轉換單元11與導電散熱層15介面的熱量，會經由高熱傳導率(大於300W/mK)的導電散熱層15,而在導電散熱層15的水平方向迅速傳遞。且聲子能夠穿透導電散熱層15至放熱電極14，而可避免聲子因溫差的驅動力回流至熱電轉換單元11。即使部分的聲子回流至熱電轉換單元11與導電阻熱層13的介面，由於導電阻熱層13的低熱傳導率(小於0.1ff/mK)造成熱電轉換結構10的整體的熱傳導率降低，故可減少聲子回流至吸熱電極12。
[0061]另外，再舉例而言，於本實施例中，熱電轉換單元11例如以P型半導體所構成。於吸熱電極12及放熱電極14施加偏壓，而使吸熱電極12的電位高於放熱電極14的電位。電流會從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11，再移動至放熱電極14。電洞從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11時，能把吸熱電極12的熱一併移動至熱電轉換單元U。電洞從熱電轉換單元11移動至放熱電極14時，能把熱電轉換單元11的熱一併移動至放熱電極14。藉此，熱源16的熱，能夠藉助電流的移動，從吸熱電極12移動至熱電轉換單元11，再移動至放熱電極14，最後從散熱件17逸散。
[0062]其中，由電洞攜帶而移動至熱電轉換單元11與導電散熱層15介面的熱量，會經由高熱傳導率(大於300W/mK)的導電散熱層15,而在導電散熱層15的水平方向迅速傳遞。且聲子能夠穿透導電散熱層15至放熱電極14，而可避免聲子因溫差的驅動力回流至熱電轉換單元11。即使部分的聲子回流至熱電轉換單元11與導電阻熱層13的介面時，由於導電阻熱層13的低熱傳導率(小於0.lW/mK)，造成熱電轉換結構10的整體的熱傳導率降低，故可減少聲子回流至吸熱電極12。
[0063]請參照圖5A，為本發明的實施例的散熱裝置的剖視圖。本發明的散熱裝置，用以將一熱源31的熱量傳遞至一散熱件32。散熱裝置由多個散熱結構20以電性串連且熱性並聯的方式所組成。散熱結構20將詳述如下。
[0064]請參照圖5B，為本發明的實施例的散熱結構20的剖視圖。散熱結構20包括彼此相鄰排列的一第一熱電轉換單元21及一第二熱電轉換單元26、第一電極22及22a、一第二電極24、導電阻熱層23及23a及導電散熱層25及25a。第一熱電轉換單元21具有相對的一第一吸熱端211及一第一放熱端212。第二熱電轉換單兀26具有相對的一第二吸熱端261及一第二放熱端262。第一電極22及22a分別銜接第一吸熱端211及第二吸熱端261。第二電極24銜接第一放熱端212及第二放熱端262。導電阻熱層23設置於第一熱電轉換單兀21與第一電極22之間。導電阻熱層23a設置於第二熱電轉換單兀26與第一電極22a之間。
[0065]於本實施例中，第一電極22及22a設置於熱源31，以帶走熱源31的熱。第一電極22及22a與熱源31之間能設置一絕緣導熱隔層33，如果熱源31與第一電極22及22a的接觸面具有絕緣導熱的功效，亦可以不加此絕緣導熱隔層33。第二電極24設置於散熱件32，以逸散熱量。第二電極24與散熱件32之間能設置一絕緣導熱隔層33a，如果散熱件32與第二電極24的接觸面具有絕緣導熱的功效，亦可不加此絕緣導熱隔層33a。
[0066]第一熱電轉換單元21及第二熱電轉換單元26具有相異的極性。第一熱電轉換單兀21設置於第一電極22及第二電極24之間。導電阻熱層23設置於第一電極22及第一熱電轉換單元21之間。第二熱電轉換單元26設置於第一電極22a及第二電極24之間。導電阻熱層23a設置於第一電極22a及第二熱電轉換單元26之間。導電阻熱層23及23a的結構與圖1、圖2A至圖2D中的導電阻熱層13、13b、13c、13d類似。故在此不再贅述。另外，導電阻熱層23及23a所構成的材料、層數、厚度及製造方法，能夠彼此相同或是相異。導電散熱層25設置於第一熱電轉換單兀21及第二電極24之間。導電散熱層25a設置於第二熱電轉換單元26及第二電極24之間。導電散熱層25及25a的結構與圖1中的導電散熱層15類似。故在此不再贅述。
[0067]於本實施例中，第一熱電轉換單元21以N型半導體所構成，第二熱電轉換單元26以P型半導體所構成，但不以此為限，而可彼此交換。第一電極22、第一電極22a及第二電極24能選自鉬、金、鎳、鈕、銅、招、銀、鈦、鉭、鶴、鑰、鉻、鈷、鐵、錯、鉿、f凡、銥、鉬合金、金合金、鎳合金、IE合金、銅合金、招合金、銀合金、鈦合金、鉭合金、鶴合金、鑰合金、鉻合金、鈷合金、鐵合金、錯合金、鉿合金、f凡合金、銥合金及其組合所構成的群組的其中之一，但不限於此。而且，第一電極22、第一電極22a及第二電極24能以相同或是相異的材料構成。第一電極22、第一電極22a及第二電極24的製造方法包含物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積及電鍍法，但並不限於上述方法。而且，第一電極22、第一電極22a及第二電極24能以相同或是相異的方法製造。
[0068]於本實施例中，電子可穿隧導電阻熱層23及23a，而不影響導電性。導電阻熱層23及23a的厚度小於或與聲子的平均自由路徑相近，以使得聲子在導電阻熱層23及23a產生邊界散射，降低整體熱傳導率。本發明能藉助維持導電性以及降低熱傳導率，可以提升熱電優值ZT。
[0069]於本實施例中，導電散熱層25及25a的厚度能小於lOOnm。導電散熱層25及25a能選自石墨烯、納米碳管、納米線及其組合所構成的群組的其中之一，但不限於此。更甚者，導電散熱層25及25a能以單層的石墨烯構成。導電散熱層25及25a的製造方式能利用化學氣相沉積法，機械剝離法、磊晶成長法或氧化石墨烯化學還原法，但不限於此。導電散熱層25及25a所構成的材料、層數、厚度及製造方法，能夠彼此相同或是相異。在第一熱電轉換單元21及第二熱電轉換單元26共用一個第二電極24時，於其他實施例中，導電散熱層所構成的材料、層數、厚度及製造方法彼此相同時能合為同一層。
[0070]舉例而言，於本實施例中，第一熱電轉換單元21例如以N型半導體所構成。第二熱電轉換單元26例如以P型半導體所構成。於使用散熱結構20時，能對第一電極22及22a能施加偏壓，而使第一電極22的電位低於第一電極22a的電位,並使第一電極22a、第二熱電轉換單元26、第二電極24、第一熱電轉換單元21及第一電極22形成迴路。
[0071]如圖5B的右側所示，電子流會從第一電極22移動至第一熱電轉換單元21，再移動至第二電極24。電子從第一電極22移動至第一熱電轉換單元21時，能把第一電極22的熱一併移動至第一熱電轉換單元21。電子從第一熱電轉換單元21移動至第二電極24時，能把第一熱電轉換單元21的熱一併移動至第二電極24。藉此，圖中熱源31右側的熱，能夠藉助電子流的移動，從第一電極22移動至第一熱電轉換單元21，再移動至第二電極24，最後從散熱件32逸散。
[0072]如圖5B的左側所示，電流會從第一電極22a移動至第二熱電轉換單元26，再移動至第二電極24。電洞從第一電極22a移動至第二熱電轉換單元26時，能把第一電極22a的熱一併移動至第二熱電轉換單元26。電洞從第二熱電轉換單元26移動至第二電極24時，能把第二熱電轉換單元26的熱一併移動至第二電極24。藉此，熱源31左側的熱，能夠藉助電流的移動，從第一電極22a移動至第二熱電轉換單元26，再移動至第二電極24，最後從散熱件32逸散。
[0073]其中，熱量會由載子攜帶而移動至第一熱電轉換單元21與導電散熱層25的介面以及第二熱電轉換單兀26與導電散熱層25a的介面,並會經由高熱傳導率(大於300W/mK)的導電散熱層25及25a，而在導電散熱層25及25a的水平方向迅速傳遞。且聲子能夠穿透導電散熱層25及25a至第二電極24，避免聲子因溫差的驅動力回流至第一熱電轉換單元21以及第二熱電轉換單元26。即使部分的聲子回流至第一熱電轉換單元21與導電阻熱層23的介面以及第二熱電轉換單元26與導電阻熱層23a的介面時，由於導電阻熱層23及23a的低熱傳導率(小於0.lW/mK)，造成散熱結構20整體的熱傳導率降低，故可減少聲子回流至第一電極22及22a。
[0074]本發明所述的氧化物，能包含氧化矽，但不限於此。氮化物能包含氮化矽但不限於此。氮氧化物包含氮氧化矽，但不限於此。碳化物能包含碳化矽、氮碳化矽，但不限於此。碳氧化物包含氧化石墨稀、碳氧化矽，但不限於此。金屬碳化物能包含碳化鈦、碳化鉿、碳化鋯、碳化鉭、碳化釩、碳化鈮、碳化鉻、碳化鑰、氮化鎢，但不限於此。金屬氮化物能包含氮化鈦、氮化鉭、氮化鉬、氮化鎢、氮化鑰、氮化鋯、氮化鉻、氮化銅、氮化鋅、氮化鐵，但不限於此。金屬矽化物能包含矽化鎳、矽化鉬、矽化鉭、矽化鈦、矽化鎢、矽化鈷、矽化鑰、矽化鐵、矽化錳、矽化鉿、矽化金，但不限於此。金屬氮矽化物能包含氮矽化鉭，但不限於此。金屬碳矽化物能包含碳娃化鈦，但不限於此。金屬氧化物能包含氧化鉿、氧化鈦、氧化鉭、氧化招、氧化釔、氧化銦、氧化fL、氧化鑭、氧化錯，但不限於此。金屬氮氧化物能包含氮氧化鉿、氮氧化鉭、氮氧化鋁鉭、氮氧化鋁、氮氧化鈦，但不限於此。
[0075]綜上所述，本發明因導電阻熱層所具有的厚度而使電子穿隧，維持熱電轉換結構及使用其的散熱結構的導電率，且能藉助導電阻熱層使聲子阻隔，降低整體熱電轉換結構的熱傳導率，而已被引導至熱電轉換單元與導電散熱層之間的熱，則因導電散熱層迅速帶走熱的能力，降低熱回流至吸熱電極。藉此，使得吸熱電極的溫度能夠降得更多且更快，進而增進熱電轉換結構的熱電轉換效率。
[0076]當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種熱電轉換結構，其特徵在於，包括: 一熱電轉換單兀，具有相對的一第一端及一第二端； 一吸熱電極，設置於該熱電轉換單元的該第一端；以及 一導電阻熱層，設置於該熱電轉換單元及該吸熱電極之間。
2.如權利要求1所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該熱電轉換單元的厚度及該導電阻熱層的厚度的比值為100至10000的範圍。
3.如權利要求1所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該導電阻熱層包括: 至少一第一子層，該第一子層的材質選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之
4.如權利要求3所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該第一子層的總厚度小於10nm。
5.如權利要求1所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該導電阻熱層包括: 至少一第一子層，該第一子層的材質選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一；以及 至少一第二子層，該第二子層的材質選自金屬娃化物、金屬氮化物、金屬氮娃化物、金屬碳化物、金屬碳矽化物、非晶形合金及其組合所構成的群組的其中之一。
6.如權利要求5所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該第一子層的厚度小於10nm，該第二子層的厚度小於lOOnm。
7.如權利要求1所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該吸熱電極選自鉬、金、鎳、鈀、銅、招、銀、鈦、鉭、鶴、鑰、鉻、鈷、鐵、錯、鉿、f凡、銥、鉬合金、金合金、鎳合金、IE合金、銅合金、招合金、銀合金、鈦合金、鉭合金、鶴合金、鑰合金、鉻合金、鈷合金、鐵合金、錯合金、鉿合金、鑰；合金、銥合金及其組合所構成的群組的其中之一。
8.如權利要求1所述的熱電轉換結構，其特徵在於，還包括: 一放熱電極，設置於該熱電轉換單元的該第二端；以及 一導電散熱層，設置於該熱電轉換單元及該放熱電極之間。
9.如權利要求8所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該導電散熱層選自石墨烯、納米碳管、納米線及其組合所構成的群組的其中之一。
10.如權利要求8所述的熱電轉換結構，其特徵在於，該放熱電極選自鉬、金、鎳、鈀、銅、招、銀、鈦、鉭、鶴、鑰、鉻、鈷、鐵、錯、鉿、I凡、銥、鉬合金、金合金、鎳合金、IE合金、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金、鉭合金、鎢合金、鑰合金、鉻合金、鈷合金、鐵合金、鋯合金、鉿合金、釩合金、銥合金及其組合所構成的群組的其中之一。
11.一種散熱結構，其特徵在於，包括: 彼此相鄰排列的至少一第一熱電轉換單元及至少一第二熱電轉換單元，該第一熱電轉換單元具有相對的一第一吸熱端及一第一放熱端，該第二熱電轉換單元具有相對的一第二吸熱端及一第二放熱端； 至少一第一電極，銜接該第一吸熱端及該第二吸熱端； 至少一第二電極，銜接該第一放熱端及該第二放熱端；以及 多個導電阻熱層，分別設置於該第一熱電轉換單元與該第一電極之間，以及設置於該第二熱電轉換單元與該第一電極之間。
12.如權利要求11所述的散熱結構，其特徵在於，該第一熱電轉換單元的厚度及各該導電阻熱層的厚度的比值為100至10000的範圍，該第二熱電轉換單元的厚度及各該導電阻熱層的厚度的比值為100至10000的範圍。
13.如權利要求11所述的散熱結構，其特徵在於，各該導電阻熱層包括: 至少一第一子層，該第一子層的材質選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一。
14.如權利要求13所述的散熱結構，其特徵在於，該第一子層的總厚度小於10nm。
15.如權利要求11所述的散熱結構，其特徵在於，各該導電阻熱層包括: 至少一第一子層，該第一子層的材質選自氧化物、金屬氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氮氧化物、碳化物、碳氧化物及其組合所構成的群組的其中之一；以及 至少一第二子層，該第二子層的材質選自金屬娃化物、金屬氮化物、金屬氮娃化物、金屬碳化物、金屬碳矽化物、非晶形合金及其組合所構成的群組的其中之一。
16.如權利要求15所述的散熱結構，其特徵在於，該第一子層的厚度小於10nm，該第二子層的厚度小於lOOnm。
17.如權利要求11所述的散熱結構，其特徵在於，該第一電極及該第二電極分別選自鉬、金、鎳、鈕、銅、招、銀、鈦、鉭、鶴、鑰、鉻、鈷、鐵、錯、鉿、f凡、銥、鉬合金、金合金、鎳合金、IE合金、銅合金、鋁合金、銀合金、鈦合金、鉭合金、鎢合金、鑰合金、鉻合金、鈷合金、鐵合金、鋯合金、鉿合金、f凡合金、銥合金及其組合所構成的群組的其中之一。
18.如權利要求11所述的散熱結構，其特徵在於，還包括: 多個導電散熱層，分別設置於該第一熱電轉換單元與該第二電極之間，以及設置於該第二熱電轉換單元與該第二電極之間。
19.如權利要求18所述的散熱結構，其特徵在於，該些導電散熱層選自石墨烯、納米碳管、納米線及其組合所構成的群組的其中之一。
【文檔編號】H01L35/02GK103545440SQ201210320013
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年8月31日 優先權日:2012年7月13日
【發明者】徐曉萱, 鄭淳護, 周雅文, 林育立 申請人:財團法人工業技術研究院