專利名稱：用于能量轉(zhuǎn)換、電氣開關(guān)和熱控開關(guān)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二極管、熱離子、穿隧、限流、電流中斷和設(shè)計成在電極之間具有極小間距并且在一些情況下也要求電極之間的熱絕緣的其他設(shè)備。本發(fā)明結(jié)合熱穿隧發(fā)生器和熱泵而具有特別功用，且可以應(yīng)用于使用熱離子和熱電方法的類似系統(tǒng)，并且將結(jié)合此類功用進(jìn)行描述，盡管也涵蓋其他功用。這些熱穿隧發(fā)生器和熱泵將熱能轉(zhuǎn)換為電能，并且可以反過來操作以提供冷卻。本發(fā)明也可以應(yīng)用于在兩個電極之間需要緊密、平行間距的任何設(shè)備，其中在這兩個電極之間施加或產(chǎn)生電壓。本發(fā)明也可以應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備，諸如限流器、過溫保護(hù)器、繼電器、可重置的保險絲或斷路器，其中電氣行為高度取決于溫度或可能影響電極溫度的參數(shù)，諸如電流、電壓或附近的熱源。本發(fā)明也可以應(yīng)用為熱開關(guān)，此熱開關(guān)的熱傳導(dǎo)可以變化或者可以對其進(jìn)行編程。
背景技術(shù)：
已經(jīng)在許多電子設(shè)備中并且為了多種目的而使用從一個導(dǎo)體(發(fā)射極)到另一個導(dǎo)體(集電極)的高能電子流現(xiàn)象。例如，用這種方式來實(shí)施真空管二極管，并且這種物理現(xiàn)象稱為熱離子發(fā)射。由于受到相對較大可用實(shí)體間距所強(qiáng)加的限制，使得這些二極管需要以非常高的溫度(高于1000開氏度)工作。熱電極需要電子非常熱，以獲得足夠能量來向集電極行進(jìn)大的距離，并克服高量子勢壘。然而，真空管允許構(gòu)建電子二極管以及隨后構(gòu)建放大器。隨著時間的過去，通過使用堿金屬、類銫或氧化物來涂覆電極，以試圖降低工作溫度，來使這些設(shè)備達(dá)到最佳。盡管熱離子發(fā)生的溫度仍然比室溫高得多，但是這種發(fā)電方法對于將熱從燃燒、從聚太陽能器或其他源轉(zhuǎn)換成電力而言具有功用。隨后發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)射極和集電極彼此非常靠近，大約如2至20納米的原子距離，那么電子可能以低得多的溫度甚至以室溫流動。以這種小間距，兩個電極的原子的電子云如此靠近，使得熱電子實(shí)際上是在無實(shí)體傳導(dǎo)的情況下從發(fā)射極云流動到集電極云。在電子云相交但是電極并不實(shí)體接觸時的這種類型的電流流動稱為穿隧。例如，掃描穿隧顯微鏡使用尖的傳導(dǎo)觸針(使其非常靠近傳導(dǎo)面)，并且可以通過繪制在使觸針掃過傳導(dǎo)面時的電流流動來繪出該傳導(dǎo)面的原子輪廓。美國專利4343993 (Birmig等人)教示了應(yīng)用于掃描穿隧顯微鏡的這種方法。已經(jīng)知道，在工業(yè)中，如果可以在大面積上(例如，一平方厘米甚至一平方毫米)維持這種原子間距，那么可以通過單個的類二極管設(shè)備將足夠量的熱轉(zhuǎn)換為電力，并且這些設(shè)備將具有作為冰箱的功用或在從多種源回收浪費(fèi)的熱能方面具有功用。參見 Y. Hishinuna、T. H. Geballe、B. Y. Moyzhes 禾口 Τ· I Kenny 的“Efficiency of Refrigeration using Thermotunneling and Thermionic Emission in a Vacuum :Use of Nanometer Scale Design” (2001 年 4 月 M 日，Applied Physics Letters,第 78 卷，第 17 號)； Y. Hishinuna、Τ. H. Geballe、B. Y. Moyzhes 的 “Vacuum Thermionic Refrigeration with a Semiconductor Heterojunction Structure，，(2002 年 11 月 25 日，Applied Physics Letters，第 81 卷，第 22 號)；以及 Y. Hishinuna、T. H. Geballe、B. Y. Moyzhes 和 Τ. W. Kenny的“Measurements of Cooling by Room Temperature Thermionic Emission Across a Nanometer Gap”(2003 年 10 月 1 日，Journal of Applied Physics，第 94 卷，第 7 號)。電極之間的間距必須足夠小，以允許“熱”電子(這些電子具有高于費(fèi)米能級的能量)流動，但是并不如此靠近以允許普通傳導(dǎo)(以費(fèi)米能級或低于費(fèi)米能級的電子流動)。在一些情況下，真空間隙可能用以最小化晶格聲子振動產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)，并且熱電子的過濾可以發(fā)生在與該間隙鄰近的半導(dǎo)體或熱電材料中，如由同一發(fā)明者在國際PCT PCT/US07/77042中進(jìn)行舉例說明。存在0. 5納米與20納米之間的分離距離的可行范圍，這允許從電力到冷卻的每平方厘米數(shù)千瓦特的轉(zhuǎn)換。參見Y. Hishinuna,T. H. Geballe,B. Y. Moyzhes和T. W. Kenny的 "Efficiency of Refrigeration using Thermotunneling and Thermionic Emission in a Vacuum :Use of Nanometer Scale Design，，(2001年4月 23 日，Applied Physics Letters, 第78卷，第17號)。這些參考同樣提出以下優(yōu)點(diǎn)發(fā)射電極上堿金屬或其他材料的涂層或單層，以實(shí)現(xiàn)在將電子從一個電極轉(zhuǎn)移到另一個電極時的低功函數(shù)。這種涂層或單層進(jìn)一步降低了工作溫度，并增加了這些配置的轉(zhuǎn)換效率，而無需用于電子過濾的分離構(gòu)件。Mahan展示，使用具有0. 7eV功函數(shù)和500K低溫的電極的熱離子冰箱的理論效率高于卡諾效率的 80%。參見 GD. Mahan 的 “Thermionic Refrigeration”(1994 年 10 月 1 日，Journal of Applied Physics，第 76 卷，第 7 號)。同樣，參見 G. D. Mahan、J. A，Sofao 禾口 Μ· Bartkoiwak 的“Multilayer Thermionic Refrigerator，，(1998 年 5 月 1 日，Journal of Applied Wrysics，第83卷，第9號)。通過模擬，電子穿隧過程的轉(zhuǎn)換效率也預(yù)期是卡諾效率的高分?jǐn)?shù)?？ㄖZ效率呈現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換的可實(shí)現(xiàn)效率的上限。在大面積上以原子尺寸維持電極的分離已經(jīng)成為構(gòu)建可以從導(dǎo)體去熱的設(shè)備時單一的、最顯著的挑戰(zhàn)。例如，掃描穿隧顯微鏡需要沒有振動的特別的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，并且其工作限于幾平方納米的面積。工作裝置中冷卻的測量已經(jīng)限于幾平方納米的面積。參見 Y. Hishinuna、T. H. Geballe、B. Y. Moyzhes 禾口 T. W. Kenny 的“Measurements of Cooling by Room Temperature Thermionic Emission Across a Nanometer Gap，，(2003 年 10 月 1 日， Journal of Applied Physics,第 94 卷，第 7 號)。在我早期時，在PCT/US07/77042中，我描述了使用在真空腔室中測試的一對雙金屬電極來實(shí)現(xiàn)量大得多的毫瓦特或一部分瓦特的能量轉(zhuǎn)換。在我的上述專利申請中所描述的設(shè)備已經(jīng)成功用以在鐘罩真空裝置中形成納米間隙，使得可以探測或測量該間隙每一側(cè)上的許多材料。此外，在此將呈現(xiàn)使用我的上述PCT/US07/77042的成功間隙形成方法的完全封裝的設(shè)備，并且此設(shè)備可以用作真空裝置外部可用的全功能能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。同樣參見我早期提交的PCT/US09/33660，PCT/US09/33660描述形成間隙、實(shí)現(xiàn)大量熱轉(zhuǎn)移的方法以及用以封裝這種設(shè)備的精煉方法。因此，存在對于完全封裝的設(shè)備的需要，這種設(shè)備在封裝中成本有效地且高效地將熱能轉(zhuǎn)換為電能，這種封裝便于用于熱源作為輸入和需要功率的電路作為輸出兩者。大量熱源(包括廢熱)可以容易地變?yōu)殡娏υ础Ｊ褂眠@些設(shè)備將有助于環(huán)境、省錢或兩者兼?zhèn)涞膶?shí)例包括(1)將太陽的熱和光轉(zhuǎn)換為電力比當(dāng)前使用的光伏設(shè)備更加成本有效。(2)將如同汽車中使用的內(nèi)燃引擎所產(chǎn)生的熱回收成有用的動力。如今可購得的一些汽車(稱為混合動力氣電汽車)可以使用電功率或內(nèi)燃來產(chǎn)生運(yùn)動。在如今的內(nèi)燃引擎中，汽油中約75%的能量被轉(zhuǎn)換為廢熱。穿隧轉(zhuǎn)換設(shè)備能夠回收來自混合動力汽車引擎的熱能的大部分，并將其放入電池中以供稍后使用。美國專利6651760 (Cox等人)教示了轉(zhuǎn)換來自燃燒腔室的熱并進(jìn)行存儲或者將能量轉(zhuǎn)換成運(yùn)動的方法。(3)減少有毒氣體進(jìn)入大氣的需要。更加能量有效的混合動力汽車是可以減少有毒廢氣逃離到大氣中的典型實(shí)例。轉(zhuǎn)換引擎和混合式引擎的廢熱并隨后在混合式電池中存儲或產(chǎn)生電力的設(shè)備將會進(jìn)一步增加混合動力汽車的效率并減少對排出有毒氣體的需要。 冷卻過程中使用的冷卻劑是去熱所必需的有毒氣體的其他實(shí)例，并且穿隧轉(zhuǎn)換設(shè)備可以減少對排放有毒氣體的需要。(4)在可獲得熱能的時間回收熱能，隨后將其作為化學(xué)能存儲在電池中，并且隨后在不可獲得熱能的時間對其進(jìn)行重新使用。穿隧轉(zhuǎn)換設(shè)備可以在白天將太陽能轉(zhuǎn)換為電力并將其存儲在電池中。在夜里，可以使用所存儲的電池功率來產(chǎn)生電力。(5)來自地?zé)崮艿陌l(fā)電。熱存在于地球表面上的許多地方，并且事實(shí)上在地球深處無限豐富。高效的穿隧轉(zhuǎn)換設(shè)備可以開發(fā)此類能源。(6)通過緊湊、安靜且固定的固態(tài)設(shè)備來產(chǎn)生冷卻，其中這種穿隧設(shè)備可以提供對空調(diào)機(jī)的降溫或者冷卻以取代對大型氣動機(jī)械或壓縮機(jī)的需要。(7)來自體熱的發(fā)電。人體產(chǎn)生約100瓦特的熱，并且這種熱被轉(zhuǎn)換為用于手持式產(chǎn)品(如手機(jī)、無繩電話、音樂播放器、個人數(shù)字助理和手電筒)的有用電功率。本公開案中所呈現(xiàn)的熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備可以從通過與人體部分接觸所施加的熱來產(chǎn)生足夠的功率，以對這些手持式產(chǎn)品進(jìn)行操作或?qū)ζ潆姵剡M(jìn)行充電。(8)來自燃燒燃料的電功率。木材火爐產(chǎn)生成千上萬瓦特的熱。這種穿隧設(shè)備可以從此類熱產(chǎn)生一千瓦特或兩千瓦特，這足以對典型的家用電器供電。通過燃燒諸如天然氣、煤和其他的其他燃料，使類似應(yīng)用成為可能。因此，偏遠(yuǎn)地區(qū)的家庭可能不需要連接到電力網(wǎng)或嘈雜的發(fā)電機(jī)來具有現(xiàn)代化設(shè)施。(9)響應(yīng)熱或溫度的電氣開關(guān)或電流限制。因?yàn)檫@些設(shè)備基于電極溫度來調(diào)整納米間隙的間距，所以這些設(shè)備可以被部署以響應(yīng)電流流過設(shè)備所達(dá)到的溫度或者來自另一個設(shè)備(有可能是由于故障事件而處于過熱危險中的設(shè)備)的熱來打開或限制電流流過進(jìn)入電路。本文所公開的作為繼電器或斷路器工作的設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)由于真空外殼內(nèi)接觸材料的保護(hù)而具有小得多的尺寸，并且也具有通過提供不易于形成電弧或露天環(huán)境特有的其他損害的納米間隙來限制電流的能力。在我早期提交的PCT/US07/77042 和 PCT/US09/33660 中并且在 E T Enikov 和 T Makansi StJ"Analysis of nanometer vacuum gap formation in thermo-tunneling devices”(2008年，Nanotechnology Journal)中已經(jīng)描述了在使兩個平行電極聯(lián)合到一起處于20. O納米分離間隙之內(nèi)的工藝中的挑戰(zhàn)和由本發(fā)明者和其他人提出的解決方案。在此，我們將關(guān)注完全封裝的設(shè)備，該設(shè)備自己的真空腔室可以以低成本制造以進(jìn)行大量生產(chǎn)，并且該設(shè)備相對于壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)具有可競爭的價格。這種設(shè)備內(nèi)含有我的上述PCT/US07/77042和PCT/US09/33660中所描述的間隙形成雙金屬電極設(shè)計。在大面積上將兩個導(dǎo)體分離約1. O至2. O納米的技術(shù)已經(jīng)通過使用在這些距離上非常精確的反饋控制系統(tǒng)陣列來提出?？刂葡到y(tǒng)包括其用于測量實(shí)際分離、將該分離與所需要的分離進(jìn)行比較的反饋構(gòu)件，并且控制系統(tǒng)隨后包括用于使元件更加靠近或遠(yuǎn)離來維持所需要的分離的移動構(gòu)件。反饋構(gòu)件可以測量兩個電極之間的電容，此電容隨著減少分離而增加。在現(xiàn)有技術(shù)中，用于這些尺寸的移動構(gòu)件是通過壓電、磁致伸縮或電致伸縮現(xiàn)象來產(chǎn)生運(yùn)動的致動器。美國專利6，720，704(Τ !ν1ΛθΗ(1ΖΘ等人)和美國專利 7，253，549 (Tavkhelidze 等人)以及美國專利申請第 2007/0033782 號(Taliashvili 等人) 描述了包括使用一個表面來使另一個表面成形并隨后使用反饋控制系統(tǒng)來在使用之前最終決定平行度的此類設(shè)計。因?yàn)樵谝粋€表面上使另一個表面成形的工藝中涉及復(fù)雜的處理以及使用多個反饋控制系統(tǒng)來維持平行度，所以這種設(shè)計方法對于以低成本制造而言具有挑戰(zhàn)性。在美國專禾Ij6，774，003 (Tavkhelidze 等人)和美國專利 7，140，102 (Taliashvili 等人)以及美國專利申請2002/0170172 (Tavlchelidze等人)、美國專利申請 2006/0038290 (Tavkhelidze 等人)和美國專利申請 2001/0046749 (Tavkhelidze 等人) 中已經(jīng)記載了其他方法，這些方法涉及在制造期間在兩個電極之間插入“犧牲層”。隨后使“犧牲層”蒸發(fā)以在電極之間產(chǎn)生接近于所需要的1至20納米間距的間隙。這三種方法由于翹曲或電極之間的熱膨脹差而易受制造后波動的影響，或者需要致動器陣列來補(bǔ)償這些波動，如美國專利申請第2005/0189871號(TavWieIidze等人)和美國專利申請第 2007/0056623 號(Tavkhelidze 等人)中所描述。實(shí)現(xiàn)并隨時間維持所需要的間距的另一種方法在美國專利 6, 876, 123(Martinovsky 等人)和美國專利 7, 305, 839 (Weaver)和美國專利 6，946，596 (Kucherov 等人)以及美國專利申請第 2004/0050415 號、第 2006/0192196 號 (Tavkhelidze等人)、美國專利申請第2003/0042819號(Martinovsky等人)、美國專利申請第2006/0207643號(Weaver等人)、美國專利申請第2007/0069357號(Weaver等人) 和美國專利申請第2008/0042163號(Weaver)中有所記載，這種方法通過使用保持柔軟電極間距的介電質(zhì)隔片，很像桿支撐帳篷的方式。這些介電質(zhì)隔片的一個缺點(diǎn)在于，其從一個電極到另一個電極傳導(dǎo)熱，從而減少轉(zhuǎn)換過程的效率。這種方法的另一個缺點(diǎn)在于，在存在大靜電力的情況下，柔軟電極可能在隔片之間隨著時間伸展或變形，并且朝向允許傳導(dǎo)而不是穿隧或熱離子發(fā)射的間距緩慢遷移。用這些方法形成納米間隙的一些挑戰(zhàn)在Marco Aimi、Mehmet Arik、James Bray、Thomas Gorczyca、Darryl Michael 禾口 Stan Weaver 的 ‘‘Thermotunneling Based Cooling Systems for High Efficiency Buildings，，(2007 年， 通用電氣全球研究中心，DOE Report Identifier DE-FC26-04NT42324)中進(jìn)行了概述。用于在電極之間實(shí)現(xiàn)所需要的真空間距的另一種方法在美國專利申請第 2004/01959 號(Tanielian)、美國專利申請第 2006/0162761 號(Tanielian)、美國專利申請第 2007/0023077 (Tanielian)、美國專利申請第 2007/0137687 號(Tanielian)和美國專利申請第2008/0155981號(Tanielian)中進(jìn)行了披露，其中在兩個已粘接晶圓的表面上產(chǎn)生小的空隙。這些空隙足夠小，以允許電子穿過幾納米間隙的熱穿隧。盡管這些間隙可以支持熱穿隧，但是在間隙周圍發(fā)生非想要的熱傳導(dǎo)，并且電極間距的一致性難以控制。用于實(shí)現(xiàn)熱穿隧間隙的又一種方法是通過使兩個晶圓的面對的表面接觸，隨后使用致動器將其拉開幾納米，如美國專利申請第2006/00002 號(Weaver)中所描述。盡管這種方法可以產(chǎn)生熱穿隧間隙，但是這種方法遭受多個致動器的成本以及間隙面積外部的晶圓之間的熱傳導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開案提供對封裝、制造的改良以及我的上述PCT/US07/77042和PCT/ US09/33660中所描述的間隙形成設(shè)計的更具體實(shí)施細(xì)節(jié)。在此公開用于制造芯片對的兩種新方法和用于將這些芯片對封裝到真空封裝中的三種新方法。這兩種新的芯片制造方法解決了先前技術(shù)的兩個限制。一種新方法允許在將晶圓切成單獨(dú)芯片之前在晶圓層對沉積的熱電薄膜進(jìn)行退火和拋光。另一種新方法允許使單晶或多晶的晶圓變細(xì)并對其拋光，且隨后將其用作熱電層。許多以前的文章描述了通過對沉積的熱電薄膜進(jìn)行退火來產(chǎn)生表面粗糙度，諸如H. Noro,K. Sato和H. Kagechika的“The thermoelectric properties and crystallography of Bi-Sb-Te-Se thin films grown by ion beam sputtering”(1993 年 2 月 1 日，Journal of Applied Physics，73 (3))。此夕卜， 許多文章聲稱單晶比多晶或非晶形式的類似材料提供更高的熱電性能，諸如IJonenaga 等人的“Thermal and electrical properties of Czochralski grown GeSi single crystals，，(2001 年，Journal of Physics and Chemistry of Solids)。此外，呈現(xiàn)三種新的封裝設(shè)計方法，每一種方法獨(dú)特地權(quán)衡了成本與可靠性。第一種且優(yōu)選的封裝設(shè)計將單獨(dú)的真空管用于每一個間隙形成芯片對。第二種封裝設(shè)計允許將多個間隙形成芯片對安裝在單個真空腔中。第三種封裝設(shè)計在用以制造芯片對的相同晶圓上產(chǎn)生真空腔。小于1. O納米的表面粗糙度可以通過工業(yè)已知的幾種技術(shù)中的任一種來實(shí)現(xiàn)。即使將硅和玻璃晶圓常規(guī)地拋光到次納米粗糙度，金屬薄膜的沉積也從成核和晶粒形成產(chǎn)生額外的粗糙度。此表面粗糙度可以隨后通過以下步驟來去除(1)使用后拋光處理，諸如化學(xué)機(jī)械拋光(稱為CMP)，( 在沉積期間冷卻基板以防止或最小化晶粒形成，或C3)將所述表面壓在已知平滑表面(諸如原始晶圓的表面)上。這些和其他拋光技術(shù)在工業(yè)中可以容易地獲得，以在金屬、半導(dǎo)體和其他材料上實(shí)現(xiàn)小于1. O納米的表面粗糙度。在用于實(shí)現(xiàn)平滑表面的所有這些情況下，工業(yè)中可容易地獲得的制造裝備和處理技術(shù)指出，使整個晶圓的表面平滑相對于在芯片層使表面平滑的強(qiáng)優(yōu)先。本文公開的方法關(guān)注合并到芯片制造工藝中的晶圓層平滑。其他系統(tǒng)、設(shè)備、所公開的設(shè)備和工藝的特征和優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在檢查了以下圖式和詳細(xì)描述之后將為或變?yōu)轱@而易見。所有額外的系統(tǒng)、設(shè)備、特征和優(yōu)點(diǎn)是打算包括在該描述內(nèi)、包括在本發(fā)明的范疇內(nèi)，并且由隨附的權(quán)利要求書保護(hù)。所公開的設(shè)備和工藝的許多方面可以參考隨附圖式圖1至圖10來更好地理解。 圖式中的組件并非必須按比例繪制，相反重點(diǎn)在于清楚地圖示本發(fā)明的原理。此外，在圖式中，相似的元件符號在幾個圖中并不需要相應(yīng)的部分。雖然結(jié)合圖式公開了示例性實(shí)施例， 但是并不打算將所公開內(nèi)容限于本文公開的實(shí)施例。相反，打算涵蓋所有替代、修改和均等物。


圖Ia和圖Ib圖示本發(fā)明一個彎曲電極和一個平坦電極與轉(zhuǎn)角上的玻璃支柱的單個接合。圖Ia展示如何可以將這個芯片對用于降溫或冷卻。圖Ib展示如何可以將這個同樣的芯片對用于將熱轉(zhuǎn)換為電力或者用于響應(yīng)溫度進(jìn)行電流限制或響應(yīng)溫度進(jìn)行電流中斷；圖加和圖2b圖示用于制造圖1的芯片對的示例性工序，其中活性熱電層是這個工序可用的以晶圓形式的單晶或其他結(jié)晶化的材料。圖加展示到達(dá)圖2b所示的芯片對的處理順序；圖3a和圖北圖示用于制造圖1的芯片對的示例性工序，其中活性熱電層被沉積作為非晶薄膜，隨后在晶圓層對其進(jìn)行退火和拋光。圖3a圖示到達(dá)圖北所示的芯片對的處理順序；圖如和圖4b圖示如何可以將圖1、圖2和圖3的芯片對封裝到具有圓柱形玻璃壁以及金屬頂和金屬底的真空腔室中。圖如展示如何將這些和其他部分堆疊起來以實(shí)現(xiàn)圖 4b所示的成品；圖5a、圖恥和圖5c圖示一種彈簧的示例性設(shè)計，這種彈簧可以添加到圖4b的堆疊中以提供將芯片對中的兩個芯片保持在一起同時仍允許間隙形成的所需彈簧力。這個彈簧被設(shè)計成使得熱從中心流到周邊，并且這種設(shè)計最大化熱傳導(dǎo)和電傳導(dǎo)同時維持間隙形成所需的順度；圖6a至圖6c展示如何可以將成倍的圖4b的設(shè)備制造到一起并同時提供將一個封裝鏈接到一個相鄰封裝的串聯(lián)或并聯(lián)電連接；圖7a和圖7b展示用于將圖la、圖lb、圖2a、圖2b或圖3a、圖北中所示的許多芯片對一起封裝到一個真空腔中從而減少單獨(dú)部分的數(shù)量和處理的另一種方法。圖7a展示真空腔的頂部、底部和壁，并且圖7b展示如何將芯片對安裝在腔內(nèi)部；圖8a和圖8b展示用于在用以制造芯片對的相同晶圓上制造真空封裝的方法。將用于單獨(dú)芯片對的玻璃壁沉積在一個晶圓上并粘結(jié)到另一個晶圓，而不是如圖4b和圖7b 中將單獨(dú)部分用于玻璃壁；圖9a和圖9b展示本發(fā)明制造的設(shè)備熱電性能(如由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)因數(shù)ZT所測量出)。圖9a展示在形成間隙時ρ型設(shè)備的ZT如何增加。圖9b展示在形成間隙時η型設(shè)備的ZT如何增加。圖10展示如本發(fā)明中所描述地制造的設(shè)備的電流對電壓行為，其中用金屬層替代熱電層。所展現(xiàn)出的電流-電壓行為類似于電力電子工業(yè)中所使用的其他設(shè)備的電流限制和可重置的保險絲行為。
具體實(shí)施例方式更詳細(xì)地參考圖式，其中貫穿幾個圖中相似的元件符號指代相似的元件，在幾個圖式中圖示了本公開案的設(shè)備和工序的示例性實(shí)施例。在圖Ia中，展示兩個電極，一個電極彎曲且另一個電極基本上平坦。一片單晶硅 100用作基板，且此基板被高度摻雜到0. 001至0. 01ohm-em的水平，以允許從頂部到底部的導(dǎo)電性。并非限制，可以將其他金屬或半導(dǎo)體用于基板100，諸如碳化硅、鍺、砷化鎵和諸如可伐的低熱膨脹金屬合金。硅基板100的每一側(cè)上的金屬層101和金屬層102用以散開電流，從而允許此電流流過硅基板100的整個面積，因此減少從每個基板頂部流到底部的電流的電阻。上部基板頂上的金屬層101與基板100上的另一個金屬層102相比而言較厚，或者橫向較大，或者沉積否則在較高溫度粘附，或者是這些的任何組合。最內(nèi)層103是熱電活性材料。將金屬層101沉積在硅基板100上否則在升高的溫度將其粘附到硅基板100，形成彎曲的上部電極。隨著這對層100和層101在沉積或粘附之后冷卻到室溫，金屬101相對于硅100的較大熱收縮引入了機(jī)械應(yīng)力，這導(dǎo)致了所示的彎曲形狀。此彎曲發(fā)生在兩個橫向尺寸，從而使彎曲形狀成為穹頂，盡管圖Ia和圖Ib僅展示剖面圖。并非限制，包括用于實(shí)現(xiàn)彎曲表面的其他布置，諸如內(nèi)部真空腔的微機(jī)械加工或拉力。在操作中，對圖Ia和圖Ib中的兩個電極進(jìn)行彈簧加載，以將其推向彼此，并且該圖中的裝置位于真空腔室中。為了啟動圖Ia所圖示的用于冷卻的設(shè)備，在最頂金屬層101 和最底金屬層102之間通過電線110施加電壓109。此電壓導(dǎo)致電流流過熱電活性層101， 并且如果材料103為ρ型，那么此電流沿與電流相同的方向移動熱，或者如果材料103為η 型材料，那么此電流沿與電流相反的方向移動熱。優(yōu)選實(shí)施例中的熱電材料103為碲化鉍Bi2Te53或者其合金衍生物。并非限制，其他或更復(fù)雜的熱電材料可以替代Bi2Te3。本發(fā)明的特征在于，納米間隙減少從熱側(cè)到冷側(cè)的熱傳導(dǎo)，從而使設(shè)備性能更少地如先前技術(shù)中一樣取決于特殊材料。復(fù)雜熱電材料的一個實(shí)例為超晶格，其為包含多個非常薄的薄膜的熱電薄膜，這些薄膜的邊緣減少晶格熱傳導(dǎo)。復(fù)雜熱電材料的其他實(shí)例包括包合物和硫?qū)倩铩Ｔ贕.Jeffrey Snyder和Eric S. Toberer 的“Complex Thermoelectric Materials”(2008 年 2 月，Nature Materials，第 7 卷)中提供了復(fù)雜熱電材料的綜述評論。包括具有大或較大晶格導(dǎo)熱性的那些材料可以擴(kuò)大本發(fā)明設(shè)備的候選材料的范圍。這些新材料可能性鑒于許多原因而非常重要。元素周期表中具有低晶格導(dǎo)熱性的元素為具有相對大原子量的那些元素。具有相對大原子量的半導(dǎo)體和金屬趨向于具有不合需要的性質(zhì)，包括(1)毒性，(2)放射性，(3)高成本，(4)以自然或人造形式的稀缺和/或(5)無承受較高溫度的能力。例如，毒性是對于傳統(tǒng)熱電材料而言最主要的擔(dān)憂。用于傳統(tǒng)設(shè)備中的碲和如銻的類似元素是有毒性的。硅和鍺是非毒性、豐富且廉價的半導(dǎo)體。然而，硅和鍺并未用于傳統(tǒng)熱電設(shè)備中，因?yàn)槠渚Ц駥?dǎo)熱性比碲和銻高幾倍。 硅和鍺將會在圖Ia和圖Ib的實(shí)施例中工作得一切順利，因?yàn)檎婵臻g隙最小化了晶格導(dǎo)熱。同樣，為了將熱電設(shè)備用于發(fā)電中，優(yōu)選的是使其在高溫下工作。熱力學(xué)定律表明，引擎中溫度變動(delta)越高，該引擎的效率越高。需要非常高的溫度(接近1000 開)來維持高效率的發(fā)電機(jī)，并且這些溫度常規(guī)地用于由煤、氣或核能供以燃料的發(fā)電廠引擎中。熱電設(shè)備需要保持這些相同的溫度，以與現(xiàn)有的發(fā)電廠競爭。鉍、碲和銻分別具有 544K.723K和904K的熔點(diǎn)。由于這些低熔點(diǎn)，使得傳統(tǒng)熱電設(shè)備的工作溫度限于500K。如果設(shè)備的熱側(cè)為500K且冷側(cè)被冷卻到室溫或300K，那么理論上的最大效率為40%，并且這假定無限ZT。然而，硅和鍺具有1681和1211K的熔點(diǎn)，并且因此可以保持與現(xiàn)有發(fā)電廠在熱力學(xué)效率方面進(jìn)行競爭所需要的高達(dá)1000K的溫度。關(guān)于硅-鍺的熱電性能的細(xì)節(jié)， 參見 I. Yonenaga 等人的"Thermal and electrical properties of Czochralski grown GeSi single crystals，，(2001 年，Journal of Physics and Chemistry of Solids)。對于關(guān)于這些材料的表面行為的細(xì)節(jié)，參見H. Choi、J. Bae. D. Soh和S. Hong的"Selective Epitaxial Growth of SiGe on a SOI Substrate by Using Ultra—High—Vacuum Chemical Vapor Deposition，，(2006 年 4 月，Journal of the Korean Physical Society，第 48 卷， 第 4 號，第 648 頁至第 652 頁)和 H. Yin 等人的“Strain relaxation of SiGe islands oncompliant oxide”(2002 年 6 月 15 日，Journal of Applied Physics，第 91 卷，第 12 號)。為了啟動如圖Ib中所示的用于發(fā)電的設(shè)備，將熱源111應(yīng)用于下部電極，從而導(dǎo)致下部電極與上部電極之間的溫度梯度，并且此梯度在頂部電極與底部電極之間產(chǎn)生電壓 112，稱為塞貝克電壓。介電隔板108位于基板的每個轉(zhuǎn)角上，以提供具有從熱側(cè)到冷側(cè)的最小導(dǎo)熱的實(shí)體支撐。在優(yōu)選實(shí)施例中，這些隔板由二氧化硅制成。圖Ia和圖Ib中隔板 108的高度被選擇成使得隨著上部電極變熱，硅和金屬的熱膨脹差導(dǎo)致上部電極變平，從而最終在中心中形成間隙，因?yàn)檗D(zhuǎn)角隔板變?yōu)橹?。圖Ia和圖Ib中所圖示的本發(fā)明的最內(nèi)熱電層103的中心部分類似于傳統(tǒng)熱電設(shè)備，除了一個唯一異處(其為本發(fā)明的特征)。在標(biāo)準(zhǔn)熱電設(shè)備中，中心部分中的活性層103 將從頂部到底部連續(xù)。在本發(fā)明的設(shè)備中，活性層103由高達(dá)幾納米的間隙中斷。此間隙足夠短以允許電子穿隧穿過并移動熱，如同不具有間隙的先前技術(shù)材料中一樣。此間隙也足夠長以防止聲子流動或晶格振動，從而減少熱傳導(dǎo)并提高性能和效率。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于在一些范圍的溫度下工作的能力。對于傳統(tǒng)熱電設(shè)備而言，在低溫使用Bi2Te53和類似材料(較低晶格導(dǎo)熱性，但是較低熔點(diǎn))，并且在較高溫度使用如SiGe的其他材料(較高晶格導(dǎo)熱性但是較高熔點(diǎn))。本發(fā)明允許在全范圍的溫度下使用諸如SiGe的材料，因?yàn)榫Ц駥?dǎo)熱由圖Ia和圖Ib所圖示的真空間隙部分或全部地消除。熱電設(shè)備通常是可逆的，這意味著電流流過設(shè)備將產(chǎn)生冷卻，并且相反地，向一側(cè)施加熱將產(chǎn)生電壓。本發(fā)明的設(shè)備也是可逆的，并且圖Ia和圖Ib展示兩種工作模式的每一個模式的優(yōu)選配置。圖Ia圖示用于冷卻的優(yōu)選配置，且圖Ib展示用于從熱發(fā)電的優(yōu)選配置。在圖Ia中，具有厚銅層的彎曲的雙金屬電極113是熱側(cè)。電壓源109通過電線 110向設(shè)備的頂部和底部供應(yīng)電壓。此電壓產(chǎn)生流過設(shè)備中心的熱電材料的電流，并且假定所使用的熱電材料為η型，那么此電流將熱從底部電極移動到頂部電極。并非限制，可以通過使所施加的電壓109反向來使電流相反地流動以制出類似的圖，并且在ρ型材料的情況下，熱將仍然從底部電極流動到頂部電極。當(dāng)關(guān)閉圖Ia的設(shè)備時，電壓109為零，并且中心接觸存在于兩個電極之間。電流流動將熱移動到頂部電極，從而增加其溫度。此增加的溫度導(dǎo)致頂部電極變平，這最終在中心中產(chǎn)生間隙，并且頂部電極現(xiàn)在使用轉(zhuǎn)角隔板108以供支撐。轉(zhuǎn)角隔板108可能具有潤滑薄膜，諸如沉積在隔板頂部上或面對的表面113上或兩者兼?zhèn)湟源龠M(jìn)微移動并減少摩擦影響的類金剛石碳(DLC)。中心中的間隙的大小將增加，直到其達(dá)到均衡值為止。如果干擾導(dǎo)致間隙變得比均衡值大，那么較少電流將流動，因?yàn)殚g隙打開兩個電極之間的電路。較少電流意味著較少熱被移動到上部電極，從而降低其溫度，并且朝向底部電極彎曲回去直到重新建立均衡為止。相反，如果干擾導(dǎo)致間隙小于其均衡值，那么較多電流將流動，從而移動較多熱，進(jìn)而增加頂部電極的溫度，并使其彎曲遠(yuǎn)離底部電極直到再次重新建立均衡為止。圖Ia的設(shè)備可以通過將活性層103選擇為熱電敏感材料來應(yīng)用于熱電冷卻方法， 也稱為珀爾帖效應(yīng)。并非限制，碲化鉍、碲化銻鉍、碲化鉛、硅鍺和許多其他材料是呈現(xiàn)熱電效應(yīng)所已知的。在將熱電方法應(yīng)用于圖Ia的設(shè)備的情況下，間隙可以無勢壘，這意味著電子不需要高于平均能量來穿過間隙。熱電材料103的帶隙的量子勢壘已經(jīng)過濾了較高能量電子，這使得熱能夠被移動。因此，在這種情況下，兩個活性層103之間的納米間隙僅需要中斷晶格熱傳導(dǎo)。圖Ia的設(shè)備也可以通過將活性層103選擇為低功函數(shù)材料來應(yīng)用于熱穿隧冷卻方法。低功函數(shù)材料的實(shí)例為銫、鋇、鍶或其氧化物。層103可以采用單層、亞單層、多個單層或沉積薄膜的形式。在將熱穿隧方法應(yīng)用于圖Ia的設(shè)備的情況下，間隙長度不引入僅較高能量電子可以穿過的勢壘。在熱穿隧應(yīng)用中，納米間隙不僅用作量子勢壘以過濾電子，而且用作晶格熱傳導(dǎo)的中斷。在圖Ib中用于發(fā)電的優(yōu)選配置中，注意到，彎曲的雙金屬電極現(xiàn)在為冷側(cè)。將熱從熱源111施加到平坦電極。因?yàn)闊嵩吹臏囟瓤赡茉诠ぷ髌陂g變化，如同在例如集中太陽能應(yīng)用中，所以優(yōu)選的是將熱施加到不會將間隙從其最佳值改變的側(cè)。如同在熱電設(shè)備中典型的，熱源111在熱電敏感材料中產(chǎn)生溫度梯度，這又會產(chǎn)生可以通過電線110帶入電路或需要功率的存儲單元的電壓112。當(dāng)在熱源111處不施加熱時，中心接觸存在于兩個電極之間。在開啟熱源時，此熱中的一些將流過中心觸點(diǎn)，從而增加頂部電極113的溫度。增加的溫度導(dǎo)致頂部電極113 變平，最終在中心中產(chǎn)生間隙，因?yàn)轫敳侩姌O隨后停留在轉(zhuǎn)角隔板108上。如同在用于冷卻的情況下一樣，形成均衡間隙。如果干擾導(dǎo)致間隙變得比均衡值大，那么頂部電極將冷卻， 因?yàn)檩^少的熱穿過間隙，這導(dǎo)致頂部電極113朝向底部電極彎曲，并重新建立均衡。如果干擾導(dǎo)致間隙變得比均衡值小，那么中心中增加的熱傳導(dǎo)將增加頂部電極的溫度，從而導(dǎo)致頂部電極彎曲遠(yuǎn)離中心直到重新建立均衡間隙為止。圖Ib的設(shè)備可以通過將活性層材料103選擇為熱電敏感材料來應(yīng)用于熱電發(fā)電效應(yīng)，也稱為塞貝克效應(yīng)。此外，并非限制，與先前提及的呈現(xiàn)珀爾帖效應(yīng)相同的材料也呈現(xiàn)塞貝克效應(yīng)。圖Ib的設(shè)備也可以通過將活性層103選擇為低功函數(shù)材料來應(yīng)用于熱穿隧發(fā)電。并非限制，與可用于熱穿隧冷卻相同的材料也可用于熱穿隧發(fā)電。圖Ib的設(shè)備也可以通過將下活性層材料103選擇為發(fā)射光的并且將上層103選擇為光敏的來應(yīng)用于熱光伏方法。發(fā)射光的材料響應(yīng)熱的施加來發(fā)射光子。光敏材料在接收到光子之后產(chǎn)生電力。光子也能夠穿隧穿過真空間隙(諸如圖Ib中所圖示的真空間隙)，從而將熱轉(zhuǎn)換為電力同時保持熱絕緣。光子穿隧所需要的間隙長度通常比波長小得多。對于可見光而言，波長為400至700納米，因此Inm至200nm的間隙長度對于有效光子穿隧而言足夠小。 并非限制，發(fā)射光的材料的實(shí)例為鎢和鈦。同樣并非限制，光敏材料的實(shí)例包括光伏材料， 諸如硅、鍺、碲、鎘和這些材料的組合。關(guān)于熱光伏方法的概述，參見R. DiMatteo等人的 "Micron-gap ThermoPhoto Voltaics (MTPV)，，(2004 年，Thermophotovoltaic Generation of Electricity, American Institute of Physics)。圖la和圖lb中所圖示的設(shè)備也可以應(yīng)用于電氣開關(guān)。在這種情況下，活性層103 將是可以容忍許多接觸循環(huán)并進(jìn)行釋放而不會降級的優(yōu)良導(dǎo)體。金是用于這種目的的示例性材料，但是并非限制，也可以使用其他金屬和合金，諸如金-錫、金-銦、金-銀和黃銅。圖Ib的設(shè)備可以串聯(lián)地電氣放置于電源與電負(fù)載之間。負(fù)載中的故障所導(dǎo)致的過電流將加熱設(shè)備中的電極，并導(dǎo)致在中心中形成間隙。此間隙隨后將用于將電流限于安全水平的目的，這防止了過熱或損壞或過熱與損壞的組合。在此實(shí)施例中，該設(shè)備作為可重置保險絲來工作。此保險絲與普通的先前技術(shù)保險絲相比的一個優(yōu)點(diǎn)在于，一旦故障得到修復(fù)則本發(fā)明的設(shè)備完全恢復(fù)，并且并不像普通的保險絲燒壞時一樣需要更換。類似地，圖Ib的設(shè)備的熱源可以觸發(fā)設(shè)備的電氣打開，從而用作斷路器。該熱源可以是在過溫情形發(fā)生時切斷自己的電源的加熱元件。該熱源可以是火、煙或其他危險的高溫情形的提示，并且設(shè)備可以切斷電源或向警報器提供邏輯信號。并非限制，在其他實(shí)施例中，圖Ia和圖Ib的設(shè)備可以被布置成提供可重置保險絲、斷路器、過溫保護(hù)器的等效功能，或者僅作為電接觸在真空腔室中得到保護(hù)的大電流開關(guān)。此外，圖Ia和圖Ib的設(shè)備可以提供與繼電器等效的功能，其中繼電器通過向安裝在設(shè)備上的加熱元件提供電功率來觸發(fā)。圖Ib的設(shè)備也可以提供熱控開關(guān)或用作熱二極管。隨著熱源111溫度升高并形成間隙，從設(shè)備底部轉(zhuǎn)移到頂部的熱的量將改變。熱控開關(guān)可以應(yīng)用于調(diào)節(jié)火爐、烤箱、太陽能熱水器和許多其他設(shè)備的溫度。此外，已經(jīng)提議將這種類型的熱控開關(guān)用作熱二極管， 以通過在來自熱側(cè)的熱能夠向回流動到冷側(cè)之前解開冷側(cè)來增加傳統(tǒng)熱電設(shè)備的效率。參見b Ghoshal 禾口 Guha 的"Efficient Switched Thermoelectric Refrigerators for Cold Storage Applications，，(2009 年，Journal of Electronic Materials,第 38 卷，第 7 號)。圖加圖示用于制作圖1中所圖示的芯片(chip)對的一個工序。因?yàn)楸景l(fā)明的納米間隙特征允許使用其他半導(dǎo)體材料，諸如硅、鍺或硅-鍺，并且因?yàn)檫@些半導(dǎo)體可以容易地以圓形晶圓的形式獲得，所以圖加的工序展示如何將這些晶圓用作圖1中的熱電層103 的材料。圖加的工序的進(jìn)一步目的在于使用可以在半導(dǎo)體和微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMs)工業(yè)中容易地獲得的標(biāo)準(zhǔn)裝備和處理。圖加的基板晶圓201提供用于圖1中的芯片基板100的材料，并且此晶圓被重?fù)诫s到0. OOlohm-cm電阻率以用于低電阻。圖加中的另一個晶圓203提供用于圖1中的熱電層103的材料。如果熱電材料需要為與晶圓203材料不同的材料，那么在這種情況下，晶體層202可以生長為晶圓203(其隨后變成載體晶圓)上的外延(EPI)層。并非限制，EPI 層可以是晶體硅鍺層、使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)來生長的晶體碲化鉍層或者可以在基板晶圓201上生長的其他晶體層。材料202或材料203中無論哪個變?yōu)闊犭妼佣伎梢愿鶕?jù)需要對于電阻率和類型(η或ρ)兩者來最佳地?fù)诫s。為了圖1中層102所圖示的目的，將內(nèi)部金屬204和內(nèi)部金屬205沉積到兩個晶圓201和203的表面上。這些金屬層 204和金屬層205的表面也涂覆有促進(jìn)晶圓201到晶圓203的金屬至金屬晶圓粘結(jié)的最后一層。這種金屬涂層可以是金，以實(shí)現(xiàn)在MEMs工業(yè)中常見的金至金壓縮粘接?；蛘撸饘偻繉涌梢允墙?銦或其他合金，以實(shí)現(xiàn)在工業(yè)中同樣常見的低熔點(diǎn)粘接。并非限制，其他金屬至金屬晶圓粘結(jié)技術(shù)也是可能的。一旦通過內(nèi)部金屬將晶圓201和晶圓203粘結(jié)在一起，晶圓203的外表面就被壓至所需要的厚度，從而變成下至EPI層的適合的熱電層。因?yàn)閷τ诒景l(fā)明而言面對間隙的表面必須平滑，所以也將晶圓203的外表面拋光至原子級的平滑度?，F(xiàn)在，制備熱電層并呈現(xiàn)底層金屬。可以圖案化并蝕刻切割道207，以界定單獨(dú)芯片 (dies)并提供用于晶圓鋸切的路徑。例如，用反應(yīng)離子蝕刻來蝕刻硅并隨后用如光刻法所定義的濕式或干式處理來蝕刻金屬，可以制造出這些切割道207。并非限制，可以使用其他方法來完成切割道207。一旦制備出晶圓的面對間隙的側(cè)面，則可以沉積背部金屬210，并圖案化并蝕刻對準(zhǔn)的切割道208。在升高的溫度對圖加中的這些背部金屬210進(jìn)行沉積， 以實(shí)現(xiàn)具有彎曲的雙金屬芯片的晶圓211。類似地，可以在室溫對背部金屬進(jìn)行沉積，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生平坦芯片的晶圓212。最后，在晶圓212上的每個芯片的轉(zhuǎn)角上沉積隔板209作為二氧化硅或其他材料(并非限制)。隨后將這些晶圓211和晶圓212進(jìn)行切片，以產(chǎn)生圖2b中所圖示的芯片對，這些芯片對隨后可以如圖1中所示地部署。圖加中的晶圓211和晶圓212或者從這些晶圓上切下的等效芯片的面對間隙的表面可能需要一些表面處理，以按照關(guān)于本發(fā)明所描述的方式來高效地起作用。例如，如果熱電層是硅或硅-鍺，那么這些材料在暴露于空氣中時非常快速地氧化。然而，沉積鈍化層 (諸如5nm的金)將防止這種不合需要的氧化。非常薄的金屬層在其厚度比行進(jìn)穿過材料的電子的平均自由程小得多時，并不預(yù)期該層影響設(shè)備的熱電性能。通過將表面暴露于氟化氫液體或蒸氣中來完成另一個鈍化層，該暴露用以去除任何存在的氧化物并隨后提供氫原子的單層，這樣防止在允許將芯片對密封在真空腔室中的時間段內(nèi)的重新氧化。在一些情況下，可能需要使用具有與底層硅或硅鍺層類似的載子濃度但是也防止氧化和其他表面反應(yīng)的鈍化層。薄的5nm的合金或類似材料的碲化鉍型層具有所需要的載子濃度，并且也是抗表面反應(yīng)所已知的。并非限制，可以使用其他鈍化層。圖3a展示對于對熱電層進(jìn)行沉積、退火以使其變成晶體并隨后對其進(jìn)行拋光以去除在退火期間引入的任何粗糙度的情況的類似工序。在這個工序中，在金屬表面上形成熱電層。沉積的碲化鉍是在退火時變粗糙所已知的，因?yàn)轫诨G在多個方向呈多晶形式，其中一些從表面突出。參見 H. Noro, K. Sato 和 H. Kagechika 的 “The thermoelectric properties and crystallography of Bi-Sb-Te-Se thin films grown by ion beam sputtering" (1993 ^2^ 1 H , Journal of Applied Physics，73 (3))。將硅晶圓再次用作圖3a中所圖示的工序的基板。間隙側(cè)薄膜堆疊302被沉積， 并且可以包括(并非限制)諸如鈦的金屬層和粘附層以及最后熱電層303。并非限制，熱電層可以為鉍、碲、銻、硒、鉛或者這些的任何組合，或者是具有所需要的熱電性質(zhì)的任何其他半導(dǎo)體材料，可能包括具有高導(dǎo)熱性的材料。隨后通過將整個晶圓放置到受加熱的腔室 (優(yōu)選地具有惰性氣體)中并對其加熱處理許多小時，來對整個晶圓進(jìn)行退火。碲化物合金的加熱處理溫度通常在200攝氏度與300攝氏度之間。加熱處理導(dǎo)致薄膜從非晶到多晶的形式改變，并且也導(dǎo)致層303的表面變得粗糙。該工序中的下一個步驟是使用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)來對晶圓的熱電側(cè)進(jìn)行拋光。一旦表面平滑，則可以圖案化并蝕刻切割道 304?，F(xiàn)在可以將所得到的具有這些間隙側(cè)薄膜的晶圓用來制造彎曲的雙金屬結(jié)構(gòu)或具有二氧化硅隔板的平坦結(jié)構(gòu)。將從晶圓307上切下雙金屬芯片，其中在升高的溫度沉積背部金屬。將從晶圓308上切下平坦芯片，其中在室溫沉積背部金屬，并在每個芯片的轉(zhuǎn)角上沉積二氧化硅隔板。隨后對雙金屬晶圓307進(jìn)行切片，以產(chǎn)生圖北中的上部芯片。隨后對平坦晶圓308進(jìn)行切片，以產(chǎn)生圖北中的下部芯片。表面處理可能是防止氧化所必需的。隨后可以如圖1中所圖示地部署來自圖3B的芯片。圖如和圖4b圖示如何可以將圖la、圖lb、圖2b或圖北的芯片對安裝在小真空封裝中。蓋401提供頂部和底部，并且由與壁407熱膨脹匹配(根據(jù)需要)的材料制成。電力和熱流過頂部和底部，并且因此蓋401優(yōu)選地由金屬制成。壁406將熱側(cè)與冷側(cè)分離開， 并且因此優(yōu)選地由二氧化硅或玻璃制成。如果用于蓋401的金屬是可伐，那么蓋和玻璃將具有類似的熱膨脹系數(shù)，并且防止溫度梯度和熱循環(huán)破壞封裝。銅涂布器403將芯片405 和芯片406電氣并熱學(xué)地連接到蓋401。焊劑、金屬粘附劑或其他適合的連接材料402(并非限制)將芯片和蓋連接到一起。真空密封材料406用真空緊密密封來密封金屬和玻璃， 并且可以由玻璃熔塊、金銦或其他適合的材料(并非限制)構(gòu)成。一旦全部裝配好，封裝的芯片對就在圖4b中圖示。如所提及的，圖la、圖lb、圖2b或圖北的芯片對需要一些吸引力將其推到一起， 以使得接觸發(fā)生在中心并且彎曲的芯片的雙金屬力可以與該力相抵以在中心中形成間隙。 吸引力可以由圖4b的封裝設(shè)備的真空壓力來提供，其中蓋向內(nèi)稍微變形以提供該力。盡管此方法對于一些情況提供所需要的力，但是對于其他情況可能需要獨(dú)立的動力機(jī)制。例如， 真空力隨著大氣壓力和高度而改變。此外，如同超靈敏相機(jī)的設(shè)備的一些使用可能更愿意使該設(shè)備處于另一個真空腔室內(nèi)，在這種情況下將不能獲得任何吸引力。對于想要或需要分離的、獨(dú)立的彈簧力的那些情況，圖fe至圖5c展示可能使用的三種不同類型的彈簧。除了提供適當(dāng)?shù)奈χ猓瑥椈梢脖仨毞想妭鲗?dǎo)和熱傳導(dǎo)的要求。優(yōu)選的材料是銅或銀， 因?yàn)檫@些金屬在電氣和熱學(xué)方面都具有最高的傳導(dǎo)性。如果必須進(jìn)行成本權(quán)衡，那么可以使用諸如鋁的其他材料。并非限制，彈簧可以由其他金屬或金屬合金制成。在圖fe至圖5c 的示例性彈簧中，用焊劑或銀粘附劑將圖如中的銅涂布器403安裝在彈簧中心，并且再次用焊劑或銀粘附劑將彈簧的周邊附著到蓋。在其他實(shí)施例中，彈簧可以替代銅涂布器。圖 5a中的彈簧實(shí)例501具有一個皺紋和許多徑向縫隙，以增加順度同時最大化熱可以流過的面積。圖恥的彈簧實(shí)例502為類似的設(shè)計，但是沒有皺紋，并且更易于制造，因?yàn)椴恍枰怪背尚?。圖5c的彈簧實(shí)例503具有螺旋縫隙，這進(jìn)一步增加了順度。并非限制，許多其他彈簧設(shè)計和材料可能適用于本發(fā)明。圖6a至圖6c展示如何可以同時裝配圖4b的設(shè)備的陣列603并對其進(jìn)行電氣連接，以促進(jìn)大量生產(chǎn)和定制。用突出片601將蓋401的陣列連接到一起。將玻璃管的陣列黏到底部蓋的陣列。隨后，使用電子裝配工業(yè)常見的撿-放型機(jī)器人機(jī)器來將圖如中圖示的其他物品(包括銅涂布器、芯片對和粘附劑)堆疊在玻璃管內(nèi)部。隨后，將頂部蓋陣列密封到真空腔室中的玻璃管。一旦得以從真空腔室去除，每個封裝就在內(nèi)部保持真空壓力。此陣列的大小和形狀可以被選擇成與硅晶圓的直徑匹配，以使得可以使用標(biāo)準(zhǔn)真空晶圓粘結(jié)機(jī)器，諸如SUSS Microtec所制造的那些機(jī)器。沿切割線602切割突出片601隨后可以容易地從大陣列603上切下定制大小的較小陣列604。最后得到較小陣列604，其中所有頂部蓋和底部蓋由突出片601電氣連接至其相鄰蓋。最后，切下單獨(dú)設(shè)備的串聯(lián)電氣連接所不需要的突出片，并且將電線606和電線607附著到第一電氣連接和最后的電氣連接，以產(chǎn)生符合特定產(chǎn)品規(guī)格的要求或特定客戶的要求的最終產(chǎn)品605。圖如至圖4b和圖6a至圖6c中的封裝方法需要每個芯片對具有分離的真空封裝。 這種裝配涉及許多操作和許多小零件的處理。如圖7a至圖7b中所圖示的另一個封裝允許將多個芯片對安裝在一個真空外殼中。由真空相容材料(諸如氧化鋁或氮化鋁)制成的電路板701和電路板704具有包銅跡線706，包銅跡線706將芯片對404和芯片對405電氣串聯(lián)連接在一起。使端部連接705在封裝的外部，以連接到電源以進(jìn)行冷卻，或者連接到電負(fù)載以進(jìn)行發(fā)電。玻璃框架702將兩個側(cè)面分離開并提供穿過該框架寬度的熱絕緣。頂部電路板701和底部電路板704與玻璃框架702之間的密封材料可以再次為玻璃熔塊、金-銦或者真空相容的其他適合的密封劑。圖至圖8b中展示需要甚至更少零件的封裝方法。在此，硅晶圓801和硅晶圓 802變成圖8b中單獨(dú)封裝803和單獨(dú)封裝804的頂部和底部。現(xiàn)在沉積真空封裝的圖8a 中的玻璃壁807連同玻璃隔板和晶圓的間隙側(cè)上的其他特征結(jié)構(gòu)。在此，玻璃壁為水平部件，但是再次使用玻璃熔塊或類似的密封劑805將其粘合到上部基板。在玻璃壁層807之前沉積犧牲層808，以提供晶圓801和晶圓802的充足的剛性，以忍受晶圓鋸中芯片的切片。 一旦沿真空粘合線805將晶圓801和晶圓802粘合到一起，那么可以對封裝的芯片對的整個陣列進(jìn)行切片，以產(chǎn)生圖8b中所示的結(jié)構(gòu)。可以類似于當(dāng)今工業(yè)中使用的碲化鉍顆粒來處理和裝配這些單獨(dú)封裝。此方法的另一個優(yōu)點(diǎn)在于可以基于性能或缺陷來分離和聚集各個芯片對。如果芯片對中一個芯片對有缺陷，那么圖7a至圖7b的方法要求折中的性能或全部丟棄。根據(jù)圖北的尺寸和規(guī)格來制造芯片對。隨后將此芯片對安裝在兩個負(fù)載有彈簧的電極之間的鐘罩真空腔室中。真空壓力為0.05mTorr。施加電壓，并且逐漸增大此電壓。 同樣將小型熱電偶安裝到每個芯片，以測量每個電極的溫度。從兩個溫度、電壓和電流讀數(shù)，計算出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)因數(shù)ZT。較高ZT對應(yīng)于較高效率。圖9a至圖9b中展示ZT對彎曲側(cè)溫度的兩個曲線圖。圖9a展示對于ρ型設(shè)備所測量出的ZT，且圖9b展示對于η型設(shè)備所測量出的ΖΤ。清楚的是，ZT隨著彎曲芯片的較高溫度產(chǎn)生間隙而增加。對于圖9a的 P型設(shè)備而言，熱電層的P型行為由于納米真空間隙的η型行為而最終降級，因?yàn)樵O(shè)備的主導(dǎo)行為從熱電轉(zhuǎn)變?yōu)闊岽┧?。根?jù)圖北的尺寸和規(guī)格來制造另一個芯片對，其中區(qū)別在于用熱電層替代金層。 隨后將此芯片對安裝在兩個負(fù)載有彈簧的電極之間的鐘罩真空腔室中。施加電壓，并且逐漸增大此電壓。圖10展示電流對所施加電壓的曲線圖(IV曲線)。電流增大直到間隙形成為止，并且隨后間隙變成電子流的勢壘，從而增加電阻，并使IV曲線平整。IV曲線的形狀類似于電流限制和可重置保險絲設(shè)備，如Tyco Electronics所制造的聚合開關(guān)設(shè)備系列。因此，可以使用本發(fā)明的間隙形成裝置來建立這些設(shè)備。因?yàn)榈碗妷汉透唠娏魈卣髟谟跓犭娊狱c(diǎn)，所以大部分熱電模塊將接點(diǎn)內(nèi)部串聯(lián)連接。通過具有許多串聯(lián)連接的接點(diǎn)，可用供電電壓或負(fù)載電壓可以更好地匹配單獨(dú)接點(diǎn)電壓的和。這些串聯(lián)連接意味著熱必須與P型接點(diǎn)中的電流一起流動并且與η型接點(diǎn)中的電流相對流動。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明的設(shè)備和工序的上述實(shí)施例以及“優(yōu)選”實(shí)施例僅是實(shí)施的可能實(shí)例并且僅闡述以用于清除理解本發(fā)明的原理。本文描述的穿隧和自定位電極設(shè)備的許多不同實(shí)施例可以在不脫離本發(fā)明的精神和范疇的前提下進(jìn)行設(shè)計和/或制造。所有這些修改和變化打算在本文包括在本揭示案的范疇內(nèi)并且受到隨后權(quán)利要求書的保護(hù)。因此， 本發(fā)明的范疇并不打算受到限制，除非在隨附權(quán)利要求書中進(jìn)行指示。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含第一電極或電極組件和第二電極或電極組件，所述電極或電極組件具有面對的表面，其中(1)所述第一電極或電極組件具有彎曲表面和用以改變其曲率的機(jī)制，⑵所述彎曲表面的中心部分最初接觸其他電極的所述面對的表面，以及⑶所述用以改變曲率的機(jī)制使得所述接觸被去除并用間隙來將其替代。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述間隙距離小于1.0納米，從而允許無勢壘電子從具有高功函數(shù)的表面穿隧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述間隙距離在1.0納米與10. 0納米之間，從而允許電子從具有低功函數(shù)的電極表面熱穿隧。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述間隙距離隨著溫度而變化，從而將所述間隙上的電流限制于安全水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述溫度通過一個或兩個電極根據(jù)其電流或電壓或電流和電壓的內(nèi)部加熱來決定，從而作為限流器或可重置保險絲工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述溫度通過外部熱源來決定，并且所述間隙打開或限制傳遞到所述源的電力，從而作為過溫傳感器或保護(hù)器或斷路器工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述溫度通過外部熱源來決定，并且所述間隙在一個溫度集打開并在另一個溫度集閉合，從而作為繼電器工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述間隙距離在1.0納米與200納米之間，從而允許光子穿隧。
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3或8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中在所述電極的所述面對的表面上沉積半導(dǎo)體材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體材料包含熱電材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述熱電材料由選自由以下所構(gòu)成的群的材料形成碲化鉍、銻、碲化鉍、碲化鉛、硅鍺、鉈、包合物、硫?qū)倩锖徒惶鎸拥某Ц瘛?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述低功函數(shù)表面是選自由以下所構(gòu)成的群 銫、鋇、鍶和這些材料中任何材料的氧化物。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述電極中的一個電極是光敏的并且另一個電極是發(fā)射光的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述光敏材料是光伏材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述光敏材料是選自由以下所構(gòu)成的群硅、 鍺、碲、鎘和其組合或其混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述發(fā)射光的材料是選自鎢、鈦和其混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16所述的設(shè)備，其中所述彎曲表面通過在與計劃的工作溫度不同的溫度將具有不同熱膨脹系數(shù)的兩個層粘合到一起來形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中一個層為單晶半導(dǎo)體并且另一個層為金屬或金屬合金。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中一個層為低熱膨脹金屬合金并且另一個層為高熱膨脹金屬或金屬合金。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體是選自由以下所構(gòu)成的群硅、鍺、 碳化硅或砷化鎵。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其包括所述穿隧外部的隔板和用于支撐所述兩個電極的接觸區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述隔板由玻璃或低導(dǎo)熱性的其他材料形成。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述隔板在一個升高的溫度支撐所述兩個電極，從而消除所述接觸但允許穿隧，并且所述隔板在另一個升高的溫度消除所有電子流。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述隔板被沉積有或沒有諸如類金剛石碳的潤滑層。
25.根據(jù)權(quán)利要求4至7或17至M中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述隔板被沉積在所述金屬的面對的表面上。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述第一升高的溫度由珀爾帖效應(yīng)熱轉(zhuǎn)移、電阻、光子吸收或者其組合來產(chǎn)生。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述升高的溫度由所述接觸區(qū)域在其消除之前的熱傳導(dǎo)來產(chǎn)生，所述熱來源于根據(jù)塞貝克效應(yīng)、熱穿隧效應(yīng)、熱光伏效應(yīng)產(chǎn)生電力的熱源或者來自過溫環(huán)境。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述電極對包含在真空外殼內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的設(shè)備，其中所述真空外殼包括作為壁的玻璃管和兩個金屬蓋，并且一個電極電氣并熱學(xué)地連接到每一個蓋。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀至四中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括彈簧，以提供將所述第一電極推向所述第二電極的預(yù)載力。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀至30中任一項(xiàng)所述的數(shù)個設(shè)備，其由兩個蓋陣列制成，一個陣列用于所述外殼的頂部并且另一個陣列用于所述外殼的底部，其中每一個陣列中的蓋電氣連接到其相鄰蓋。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中所述電氣連接中的一些稍后被去除，以實(shí)現(xiàn)所需要的電氣連接集。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述剩余的電氣連接導(dǎo)致單獨(dú)設(shè)備的串聯(lián)連接，以促進(jìn)熱電聚集。
34.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的數(shù)個設(shè)備，其中一個電極集層疊于一個公共基板上，并且所述相應(yīng)的面對的電極層疊于另一個公共基板上。
35.根據(jù)權(quán)利要求2、3或8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體層通過將兩個晶圓粘合到一起并隨后使一個晶圓變薄和變平滑以變成所述半導(dǎo)體層來實(shí)現(xiàn)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述晶圓通過壓縮粘合、陽極粘合或共熔粘合中的一種來粘合。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其中在一個晶圓上生長外延層，并且所述變薄和變平滑去除所有層除了所述生長層。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述外延層是對于η型或ρ型熱電操作進(jìn)行摻雜的硅-鍺。
39.根據(jù)權(quán)利要求1至27或35至38中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述表面被處理以鈍化。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述鈍化是薄金層、薄鉬層或氫單層。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中所述氫單層是從暴露于氟化氫來形成。
42.根據(jù)權(quán)利要求35至41中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中一個晶圓或所述外延層為硅，或者為鉍、銻、碲、硒、鉛、銦砷、鋅、鍺、銀的晶體合金或這些材料的任何組合。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述鈍化層為薄沉積的熱電薄膜。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其中所述鈍化熱電薄膜包含鉍、碲、銻、硒或這些材料的任何組合。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中所述薄的熱電薄膜被退火。
46.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述熱電層沉積在晶圓上，且隨后所述晶圓被退火和拋光。
47.根據(jù)權(quán)利要求34至46中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述得到的沉積層、變薄層和外延層或這些層的任何組合用垂直線來圖案化和蝕刻，以促進(jìn)將所述晶圓切割成單獨(dú)芯片。
48.根據(jù)權(quán)利要求34至47中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述隔板形成在所述沉積層、變薄層或外延半導(dǎo)體層或所述鈍化層上。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其中所述隔板由玻璃形成。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的設(shè)備，其中所述玻璃為經(jīng)沉積并隨后由光刻法或其他方法圖案化的二氧化硅。
51.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其在真空外殼中。
52.根據(jù)權(quán)利要求34至51中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其包括框架，其中將一個基板粘合并密封到所述框架的內(nèi)周邊，并且將面對的基板粘合并密封到所述框架的外周邊。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中所述框架由具有低導(dǎo)熱性的材料形成。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其中所述框架材料由玻璃或玻璃熔塊形成。
55.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中所述玻璃或玻璃熔塊成分隨著雜質(zhì)變化，以使其熱膨脹系數(shù)與所述基板材料的熱膨脹系數(shù)匹配。
56.根據(jù)權(quán)利要求觀至55中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述粘合和密封發(fā)生在真空腔室中，從而使得在從所述腔室去除時所述設(shè)備的內(nèi)部被抽空。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述玻璃框架和所述真空密封是同樣的并且沉積在所述基板中的一個基板上。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的設(shè)備，其包括犧牲層，所述犧牲層稍后被去除以減少所述兩個電極之間的熱傳導(dǎo)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中在每一對電極上形成沉積的玻璃框架。
60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述粘合和密封材料是玻璃熔塊。
61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述粘合和密封是陽極的。
62.根據(jù)權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述粘合和密封通過壓縮來形成。
63.根據(jù)權(quán)利要求四至62中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其包括吸收劑。
64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的設(shè)備，其中所述吸收劑是選自由以下所構(gòu)成的群鈦、銫、 鋇、鉀、鈉和其中兩種或兩種以上的組合。
65.一種用于將熱轉(zhuǎn)換成電力的工藝，其包括使根據(jù)權(quán)利要求1至4、5至65中任一項(xiàng)所述的設(shè)備經(jīng)受溫度差。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其中熱源是選自輻射源、來自環(huán)境的熱、地?zé)崮芎蛷墓璉擎或從動物新陳代謝產(chǎn)生的熱。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的工藝，其中所述熱源是活的人體。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的工藝，其中所述熱源是活的人體并且所述設(shè)備是手持式設(shè)備。
69.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其中所述熱源是選自電氣、蒸汽或內(nèi)部燃燒引擎、燃燒燃料或其廢氣。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的工藝，其中所述熱源是選自內(nèi)部燃燒引擎或其廢氣，并且所述設(shè)備被合并到所述引擎或排氣線中作為吸熱部件。
71.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其在自然發(fā)生的溫度下工作。
72.根據(jù)權(quán)利要求65所述的工藝，其中所述設(shè)備用于冰箱、空調(diào)機(jī)、冷卻毯、冷卻服裝、 電子冷卻器或者與人體或動物身體接觸或人體或動物身體中所含有的冷卻設(shè)備中。
73.一種設(shè)備，包含根據(jù)權(quán)利要求1至64中任一項(xiàng)所述的設(shè)備的多個單元，其中所述電極布置在周期間距的多個層中。
74.一種設(shè)備，包含根據(jù)權(quán)利要求1至64中任一項(xiàng)所述的設(shè)備的多個單元，所述多個單元是串聯(lián)裝配的。
75.一種設(shè)備，包含根據(jù)權(quán)利要求1至64中任一項(xiàng)所述的設(shè)備的多個單元，所述多個單元是并聯(lián)裝配的。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于在穿隧、熱穿隧、二極管、熱離子、熱電、熱光伏、電流限制、可重置熔斷、繼電器、斷路器和其他設(shè)備中維持電極之間的納米分離的改進(jìn)的設(shè)計。至少一個電極具有彎曲形狀，其曲率由溫度改變。一些實(shí)施例使用納米分離來限制或停止電流。其他實(shí)施例在與先前技術(shù)相比時，減少所述兩個電極之間的熱傳導(dǎo)。最終得到一種電子設(shè)備，所述設(shè)備將兩個緊密的平行電極維持在穩(wěn)定的均衡，其中在用于簡化制造性的簡單配置中在大面積上在兩個電極之間具有納米間隙，并且所述設(shè)備用以將熱轉(zhuǎn)換成電力以冷卻、或限制電流或中斷電流。
文檔編號H01L35/34GK102272957SQ200980153675
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月2日
發(fā)明者塔雷克·馬坎斯 申請人:坦普羅尼克斯公司