超晶格熱電材料和微型熱電制冷器的設(shè)計(jì)及制造.pdf

1、利用半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換性質(zhì)研制的微型熱電制冷器在諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用,它可以為微電子器件、光電器件和超大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域急須解決的溫度控制問題帶來巨人福音。熱電制冷器的性能由熱電材料的熱電優(yōu)值即ZT值決定。作為一種人工異質(zhì)熱電材料,超品格薄膜為人們剪裁和控制電子和聲子輸運(yùn)提供了很大空間。近十年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者的理論和實(shí)驗(yàn)研究均表明超晶格薄膜有可能具有優(yōu)于常規(guī)體態(tài)材料的很高的ZT值,它可以用來加工高效率、高制冷功率密度的微型制冷器。為研制高性能超

2、品格微型制冷器,本文圍繞超晶格結(jié)構(gòu)和微型制冷器設(shè)計(jì)及制造展開了全面深入的理論研究和實(shí)驗(yàn)研究。 本文首先研究了影響熱電性能的超品格結(jié)構(gòu)參數(shù),利用玻爾茲曼方程對(duì)超晶格電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)等決定熱電品質(zhì)的輸運(yùn)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,最終得到了擁有高熱電功率的超晶格最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。本文同時(shí)圍繞微型制冷器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題展開了研究,建立了制冷器的三維模型和一維模型并用數(shù)值方法對(duì)器件性能進(jìn)行了計(jì)算模擬,找到了影響器件性能的關(guān)鍵參數(shù)。本文還研究了

3、微型制冷器的MEMS加工工藝,并結(jié)合現(xiàn)有工藝條件設(shè)計(jì)出一條合理的工藝流程。作者重點(diǎn)研究了微型器件加工中決定其性能的一個(gè)關(guān)鍵因素-金屬半導(dǎo)體接觸電阻并利用TLM模型測(cè)試了不同工藝條件下的接觸電阻,得到了最佳的工藝條件和降低的接觸電阻。本文的另一重要工作是搭建適用于測(cè)試薄膜材料和微型制冷器熱電性能的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。論文作者和實(shí)驗(yàn)室合作者改進(jìn)了瞬態(tài)Harman方法,利用先進(jìn)的信號(hào)采集設(shè)備和有效的信號(hào)過濾方法搭建了測(cè)試微型制冷器Seebeck電壓的實(shí)驗(yàn)