550層540可以被上述熱電元件510Α提供一熱接觸，510Β消散施加到熱電能收集器500的熱量。
[0049]如圖5所示，熱電元件51A和51B可以是傾斜的。此外，熱電元件51A和51B可包括連接部510C上的一個或熱電元件510Α和510Β的連接到該互連兩端550.介電層520可以允許熱電元件510Α和510Β包括各種形狀和方向。熱電元件510Α和510Β的方向和/或形狀，可以改變基于可用空間用于熱電能收集器500和/或系統(tǒng)的性能要求。改變熱電元件510A的取向和510B可能會減少可用的空間(例如，垂直空間)，同時最大限度地提高熱電元件51A的表面積和51B是鄰近于介電層520。
[0050]圖6A示出了熱電能量收集600的根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性配置。熱電能量收集器600可包括基板層630上方的多個熱電元件610A、610B。熱電元件610A、610B可以包括不同類型的熱電材料(例如，P型和η型)的元件。熱電元件610Α、610Β可以相互連接，使得響應(yīng)第一側(cè)(例如，熱側(cè))和第二側(cè)(例如，冷側(cè))之間的溫度梯度，每個熱電元件有助于由熱電能量收集器600提供的總能量。加帽基板640可以設(shè)置在熱電元件610Α、610Β上方，以支持所述第一側(cè)和所述第二側(cè)之間的溫度梯度。所述加帽基板640可以由是良好熱導(dǎo)體的材料制成。
[0051]虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可圍繞熱電元件610Α、610Β提供，以在水平方向上形成熱電元件610Α、610Β周圍的密封件。真空或低壓可保持熱電元件之間和/或之內(nèi)的密封。虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可以是環(huán)的形式，并且可以使用用于形成有源熱電元件的制造工序的一些相同步驟來形成。密封件也可以用于防止在制造過程中污染物進入到有源熱電元件。此外，虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可以減少熱傳導(dǎo)，從而在水平方向上降低熱量損失。
[0052]如圖6Α所示，熱電能收集器600可以分別在兩個不同基片630和640上與熱電元件610Α、610Β形成。在此例如，基板640可以形成為N型元件，以及基板630可以形成為ρ型元件。虛設(shè)結(jié)構(gòu)670也可以形成在基片630和640之一上。虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可以從η型熱電材料或P型熱電材料制成，但也可以通過斷開虛設(shè)結(jié)構(gòu)670而處于非活動狀態(tài)。在這樣做時，虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可形成為使用相同步驟用于形成熱電元件610Α和610Β的制造過程的一部分，而不需要額外的步驟。
[0053]在一個實施例中，虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可以由聚酰亞胺材料制成，因為它具有低的熱導(dǎo)率并有助于對熱電元件的加工。
[0054]在制造過程中，加帽基板可以具有劃線/凹口 690切割或蝕刻到基板640，以定義單獨的集成電路管芯的輪廓。所述加帽基板640可以被反轉(zhuǎn)，對準并安裝(通過金屬互連)基板630，以使得熱電元件610Α和610Β被連接到各種互連650，以在電路路徑中形成交替的熱電元件610Α和610Β的字符串。此外，虛設(shè)結(jié)構(gòu)670也可以附接在基板630和640之間，以形成密封。在所述安裝工序中，可在熱電元件610Α和610Β之間及的虛設(shè)結(jié)構(gòu)670的密封件內(nèi)部來形成真空或低壓。加帽基板640可需要被研磨為薄層(即到預(yù)定拋光線695)。這可能使所述加帽基板640變薄并因此更加熱傳導(dǎo)，并且還暴露劃線/凹口 690。
[0055]因為劃線/凹口 690可以被暴露，如果沒有虛設(shè)結(jié)構(gòu)670的密封件，污染物和顆粒可以在拋光步驟引入在熱電元件610Α和610Β之間。因此，該虛設(shè)結(jié)構(gòu)670有助于形成真空或低壓，以及防止在制造過程中的污染。
[0056]熱電能收集器的晶片尺度結(jié)構(gòu)600允許它在或接近基板630和640與其他集成電路部件(圖6Α中未示出)集成。
[0057]圖6Β和6C進一步示出所形成的收集器600。圖6Β例如示出在安裝兩個基板630和640之后以及經(jīng)過曝光劃線/槽口 690的拋光步驟完成之后的收集器600。圖6C示出收集器600的一般俯視圖以及虛設(shè)結(jié)構(gòu)670周圍的熱電元件61A和61B的環(huán)密封件。
[0058]如圖所示，熱電元件610Α、610Β可以包括不同類型的熱電材料(例如，ρ型和η型)。響應(yīng)于兩個端部之間的溫度差，熱電元件610Α、610Β的熱電材料可以被選擇為產(chǎn)生從熱電元件的一端到相對端的不同極性的電荷載體的流動。在包括P型材料的熱電元件610A中，正電荷載體從熱端流動到相對冷端。與此相反，在包括η型材料的熱電元件610Β中，電子從具有熱源的一端流到較冷的相對端。
[0059]多個熱電元件610Α、610Β可以連接在陣列中，并在相鄰的熱電元件610Α和610Β交替材料的類型(例如，η型和ρ型之間)。以這種方式，跨越熱電元件610Α和610Β開發(fā)的電壓和/或電流可以被一起求和以產(chǎn)生超過熱電元件610Α和610Β分別進行的更大的聚集電壓和/或電流。例如，具有P型材料的熱電元件610Α可串聯(lián)連接具有η型材料的熱電元件610Β。熱電元件610Α、610Β可以被布置，使得給定熱電元件的所有相鄰熱電元件包括不同于給定熱電元件的材料的材料類型。熱電元件610Α和610Β的陣列的輸出可并聯(lián)連接，以在特定應(yīng)用中提供所需的能量。互連650可以連接熱電元件610Α和610Β到相鄰的熱電元件610Α和610Β，并且可以進一步連接到焊盤680 (它可以被用于接合到外部連接)。
[0060]雖然每個熱電元件610Α、610Β可以提供少量的能量(例如，毫伏)，在陣列中連接熱電元件610Α、610Β可提供特定應(yīng)用所需的較高能量。當(dāng)熱施加到熱電能收集器600的一側(cè)上時，具有P型材料的熱電元件610Α中的電子將從熱電元件610Α的低溫側(cè)流至熱側(cè)，和具有η型材料的熱電元件610Β中的電子將從熱側(cè)流至熱電元件610Β的冷側(cè)。因此，如果熱電元件610Α被串聯(lián)連接熱電元件610Β，形成熱電偶，電子就會從P型材料的冷側(cè)流向P型材料的熱側(cè)，經(jīng)由互連650進入η型材料的熱側(cè)，并且進入η型材料的冷側(cè)。在各熱電元件610Α、610Β所產(chǎn)生的能量相組合，并在熱電能收集器600的輸出端提供。
[0061]圖6Α是不按比例繪制，但描述在一個實施例中的收集器600的粗略尺寸。熱電元件610Α、61B可以具有最大化熱電元件610Α、610Β的長度的形狀。熱電元件610Α、610Β可具有矩形形狀，側(cè)邊在垂直方向上具有比相鄰于互連650的短邊更長的長度。在另一個實施例中，熱電元件610Α、610Β的至少一個側(cè)面可以是正方形。此外，虛設(shè)結(jié)構(gòu)670的尺寸可以使得由虛設(shè)結(jié)構(gòu)670形成的密封的整體水平面積相對于使用密封件密封的所有熱電元件610Α、610Β的橫向區(qū)域最小化。這可有助于收集器600最小化通過虛設(shè)結(jié)構(gòu)670的熱傳導(dǎo)，并也最小化在水平方向的熱損失。
[0062]例如，熱電元件610Α可以是ρ型BixSb2-xTe3，以及熱電元件610B可以是η型Bi2Te3-XSeX。封蓋基板640可以由半導(dǎo)體基片(如η型晶片)來形成，并且可以是導(dǎo)熱層。在一個實施例中，封蓋基板640可以由多層組成。例如，封端基板640可包括薄的非導(dǎo)電層(諸如，氧化物或氮化物)和一種或更多的頂端較厚的金屬層以提高熱傳導(dǎo)。封蓋基板640可以在界面提供到電互連層650的絕緣，以防止電互連層650的電短路?；?30可以是具有足夠厚度的任何半導(dǎo)體基板，以在底側(cè)促進熱傳導(dǎo)。雖然示出基板630作為冷側(cè)和頂部封蓋基板640作為熱側(cè)的配置，該裝置還可以用作基板630用作熱側(cè)和頂部封蓋基板640作為冷側(cè)。
[0063]該互連650可以被包括在熱電元件的熱側(cè)和冷側(cè)上，以連接相鄰的熱電元件。熱電元件可包括在熱側(cè)耦合到第一熱電元件的第一互連和在冷側(cè)連接到第二熱電元件的第二互連。在第一和最后的熱電元件610Α、610Β的互連650可以是連接到其它電路元件(例如，外部電路，負載或能量儲存裝置)的輸出端子。互連650可以包括半導(dǎo)體材料或金屬連接器(例如，金、銅或鋁)。
[0064]虛設(shè)結(jié)構(gòu)670可以在四邊圍繞熱電元件610Α、610Β，以熱分流熱電元件610Α、610Β并允許熱梯度在熱電元件610A、610B被開發(fā)，以及允許大多數(shù)熱量行進到熱電能量收集器600的側(cè)邊。與基板630和/或封蓋基板640的熱阻相比，熱電元件610A、610B較高熱阻使得熱梯度跨越熱電元件，而不是熱接觸層或基板630。因此，最大溫度差被維持在熱電元件610A、610B的熱側(cè)和冷側(cè)之間。
[0065]盡