【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体，特别涉及一种高密度热电器件及其制备方法。
技术介绍
1、热电器件是指基于热电材料构筑的一种功能型电子器件，通过电极联通、封装等微电子工艺，实现将热电材料的热电性能的有效应用。目前市面上已经商业化的热电器件，通常采用硬质块体器件结构。相较于传统的块体热电器件，薄膜热电器件在应用上具备更广泛的应用潜力与不可替代性。薄膜热电器件的主要特点是在几何尺寸上与芯片接近，而因其厚度通常可以达到微米级，上下表面的应力大幅降低，具备柔性化可能。薄膜热电器件因其尺寸与芯片相当，不论是作为微型制冷器还是温差发电器，均可与其他微电子器件兼容使用。同时，因其易于实现柔性制备，在人体传感与体温发电领域也有很高的应用潜力。
2、为保证热薄膜器件各部分的高精度，目前面外型热薄膜器件的主要制备方法为光刻法，光刻技术已成为迄今为止最为成功和广泛应用的微加工技术，能够实现复杂微结构的图案化。然而，光刻技术虽然具备极高的加工精度，但是光刻胶的引入，大大增加了集成成本，且光刻胶无法耐受高温，造成无法通过高温沉积提高热电材料性能的缺点，也无法制备出高性能的热电臂，因而会进一步影响器件的整体性能。因此，需要发展一种能够实现高密度阵列集成，兼容高温沉积，且制备工艺简单、易于操作、成本低廉的新型热电薄膜发电器件制备方法。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术采用掩膜辅助沉积工艺进行热电器件的材料集成，并采用双面键合的方法进行器件制备，通过磁控溅射沉积解除了光刻胶对热电材料沉积温度的限制，通过
2、为了解决上述问题，以下提供一种高密度热电器件及其制备方法，制备方法包括如下步骤：
3、s1、提供多个掩膜板，分别为第一掩膜板、第二掩膜板、第三掩膜板和第四掩膜板，提供第一基底和第二基底；
4、s2、利用所述第一掩膜板在所述第一基底表面沉积形成图案化下电极，利用所述第二掩膜板在所述第二基底表面沉积形成图案化上电极；
5、s3、利用所述第三掩膜板在步骤s2后的第一基底表面依次沉积n型热电臂和第一键合层；利用所述第四掩膜板在步骤s2后的第二基底表面依次沉积p型热电臂和第二键合层；
6、s4、将所述第一键合层和所述第二键合层进行加压高温键合，得到高密度热电器件。
7、本方法通过掩膜辅助沉积工艺以及双面键合的方法，避免了光刻胶对热电材料沉积温度的限制，能够通过高温沉积获得高性能的热电材料，配合高精度的掩膜，能够实现热电材料的高密度阵列集成，且双面键合工艺更加简单可靠，易于操作、成本低廉。
8、在步骤s2中，利用所述第一掩膜板在所述第一基底表面依次沉积第一粘附层、第一过渡层和下电极层形成所述图案化下电极；利用所述第二掩膜板在所述第二基底表面依次沉积第二粘附层、第二过渡层和上电极层形成所述图案化上电极；所述第一粘附层和所述第二粘附层为粘附性金属层，所述下电极层和所述上电极层为导电金属层，所述第一过渡层和所述第二过渡层分别为其两侧材料的混合金属层。通过对电极进行多膜层结构设计，利用粘附层以及过渡层，能够有效提高电极与基底的粘附性，且通过中间过渡层的设计还能够调节多层膜之间的热膨胀不匹配问题，进一步保证电极与基底间结合的可靠性。
9、在步骤s3中，利用所述第三掩膜板在步骤s2后的第一基底表面依次沉积第一阻挡层、n型热电材料和第三阻挡层形成所述n型热电臂；利用所述第四掩膜板在步骤s2后的第二基底表面依次沉积第二阻挡层、p型热电材料和第四阻挡层形成所述p型热电臂；所述第一阻挡层和所述第三阻挡层为ti阻挡层，所述第二阻挡层和所述第四阻挡层为ni阻挡层，所述n型热电材料为bi2te3，所述p型热电材料为sb2te3。电极与热电材料之间的界面匹配也是热电器件的核心问题，为了防止电极材料与热电材料之间的扩散以及金属电极与半导体热电材料在功函数上的匹配问题，采用功函数较低的ti与n型的bi2te3连接，采用功函数较高的ni与p型的sb2te3进行连接，此处ti和ni的不仅有功函数上的匹配，还能够提高cu与热电材料的界面结合强度。
10、在步骤s2中，所述第一粘附层和所述第二粘附层为ti粘附层，所述ti粘附层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为20-30分钟；所述第一过渡层和所述第二过渡层为ti/cu过渡层，所述ti/cu过渡层采用ti与cu共溅射方式得到，磁控溅射工艺为：沉积温度为100-200℃，cu溅射功率为20-40w，ti溅射功率20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为5-15分钟；所述下电极层和所述上电极层为cu电极层，所述cu电极层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为30-60w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为10-20小时。
11、在沉积所述ti粘附层前，对所述第一基底和第二基底施加了基底偏压，以对基底进行轰击清洗。通过施加偏压，利用高能粒子的轰击改善了基底的表面能，同时也增强了薄膜与基底的粘附性能。
12、在步骤s3中，所述ti阻挡层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为5-15分钟；所述ni阻挡层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为5-15分钟；所述n型热电材料采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为350-450℃，沉积气压为1-3pa，沉积时间为5-7h，bi2te3溅射功率为40-80w，同时进行te补偿溅射，以形成bi2te3材料；所述p型热电材料采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为350-450℃，沉积气压为1-3pa，沉积时间为5-7h，sb2te3溅射功率为40-80w，同时进行te补偿溅射，以形成sb2te3材料。
13、所述第一键合层和所述第二键合层为snin键合层，所述snin键合层采用sn与in共溅射方式得到，磁控溅射工艺为：沉积温度为80-120℃，sn溅射功率为20-40w，in溅射功率20-40w，沉积气压为1-3pa，沉积时间为20-40分钟。通过溅射沉积的方式在上下电极表面均沉积一层snin材料，从而将cu-snin的焊接键合转变为snin-snin的焊接，以此来改善键合的工艺性。
14、在步骤s4中，所述加压高温键合工艺为：加热温度为100-300℃，压力为300-700g，加热时间3-7分钟。
15、还提供了第五掩膜板和第六掩膜板，在步骤s3中，使用第五掩膜板替换所述第三掩膜板沉积第一键合层，使用第六掩膜板替换所述第四掩膜板沉积第二键合层；所述第一掩膜板和所述第二掩膜板的电极单元的设计尺寸、所述第三掩膜板和所述第四掩膜板的热电臂单元的设计尺寸以及所述第五掩膜板和所述第六掩膜板的键合单元的设计尺寸依次减小。通过采用不同尺寸的掩模板进行沉积焊料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，利用所述第一掩膜板在所述第一基底表面依次沉积第一粘附层、第一过渡层和下电极层形成所述图案化下电极；
3.根据权利要求1所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，利用所述第三掩膜板在步骤S2后的第一基底表面依次沉积第一阻挡层、N型热电材料和第三阻挡层形成所述N型热电臂；
4.根据权利要求2所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述第一粘附层和所述第二粘附层为Ti粘附层，所述Ti粘附层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40W，沉积气压为1-2Pa，沉积时间为20-30分钟；
5.根据权利要求4所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在沉积所述Ti粘附层前，对所述第一基底和第二基底施加了基底偏压，以对基底进行轰击清洗。
6.根据权利要求3所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所
7.根据权利要求3所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，所述第一键合层和所述第二键合层为SnIn键合层，所述SnIn键合层采用Sn与In共溅射方式得到，磁控溅射工艺为：沉积温度为80-120℃，Sn溅射功率为20-40W，In溅射功率20-40W，沉积气压为1-3Pa，沉积时间为20-40分钟。
8.根据权利要求7所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述加压高温键合工艺为：加热温度为100-300℃，压力为300-700g，加热时间3-7分钟。
9.根据权利要求1所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，还提供了第五掩膜板和第六掩膜板，在步骤S3中，使用第五掩膜板替换所述第三掩膜板沉积第一键合层，使用第六掩膜板替换所述第四掩膜板沉积第二键合层；所述第一掩膜板和所述第二掩膜板的电极单元的设计尺寸、所述第三掩膜板和所述第四掩膜板的热电臂单元的设计尺寸以及所述第五掩膜板和所述第六掩膜板的键合单元的设计尺寸依次减小。
10.一种高密度热电器件，根据权利要求1-9任一项所述的一种高密度热电器件的制备方法制备得到。
11.一种高密度热电器件，其特征在于，包括第一基底、图案化下电极、N型热电臂和P型热电臂、图案化上电极和第二基底；
...【技术特征摘要】
1.一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，利用所述第一掩膜板在所述第一基底表面依次沉积第一粘附层、第一过渡层和下电极层形成所述图案化下电极；
3.根据权利要求1所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，利用所述第三掩膜板在步骤s2后的第一基底表面依次沉积第一阻挡层、n型热电材料和第三阻挡层形成所述n型热电臂；
4.根据权利要求2所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述第一粘附层和所述第二粘附层为ti粘附层，所述ti粘附层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为20-30分钟；
5.根据权利要求4所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在沉积所述ti粘附层前，对所述第一基底和第二基底施加了基底偏压，以对基底进行轰击清洗。
6.根据权利要求3所述的一种高密度热电器件的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述ti阻挡层采用磁控溅射制备，工艺为：沉积温度为100-200℃，溅射功率为20-40w，沉积气压为1-2pa，沉积时间为5-15分钟；
【专利技术属性】
技术研发人员：陈赟斐，吴炫烨，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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