(1)研制了单级、多级微致冷器的设计、结构优化、制造、封装及性能测试,测试结果表明在室温时(300K),采用SiGeC/Si超晶格材料,最大冷却温差能达到10K左右;冷却功率密度近450
。
(2)研制了3Ω微纳米薄膜热电特性测试试验台,该试验台能够对纳米至微米厚的薄膜的热电特性进行测试。
对于微器件来讲,由于热电单元本身的厚度在微米级,热电单元与热池间的接触热阻、热电单元与致冷端的接触电阻是影响器件性能的主要因素。单元的结构、制造工艺的合理设计可以降低这些非理想因素的影响,基于以上设计的理念,提出并设计、制造了串联式阵列微型致冷器。本发明的多级固态热电材料致冷器是利用电子的珀尔贴 (Peltier)效应带走多余的热量,提高致冷效率,不用严格控制热电单元的厚度,即在键合过程中热电单元的厚度可以不同。采用电化学镀工艺,使得金属与半导体的接触问题得到了很好的解决,提高了金属薄膜覆盖的一致性和降低了接触电阻。
第二项关键技术解决了致冷单元阵列的设计;体态的温差电器件是多级的,以提高致冷效果,设计、制造多级(阵列式)致冷单元是微致冷器走向工业界必须要解决的问题,这也是系统评价微致冷器性能的基础性工作,本项目将电化学镀工艺、氧化物隔离工艺相结合研制出串、并联混合阵列式多单元的微致冷器件。本发明采用氧化物隔离工艺形成多级并联结构的微型致冷器,用等离子增强化学气相沉积 (PECVD)二氧化硅隔离P型(或N型)热电单元,二氧化硅可以隔离电流流动,实现电流的单一并联流动方式,解决了单级热电单元截面面积过大而引起表面接触热阻很大的问题,同时也为制造工艺带来很大的方便。