【摘 要】
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随着电子技术的发展,集成电路内部的热管理问题愈发凸显,热电器件凭借制冷功率密度高、温度响应迅速、无运动部件等优点逐渐得到关注,然而现阶段热电器件仍存在一些问题。在材料制备方面,目前常用的区熔单晶碲化铋基材料力学性能低,制备热电粒子时材料会发生破碎。多晶碲化铋基材料的力学性能较高,可用来制备多种尺寸的热电粒子。然而多晶材料的制备过程常常会引入类施主效应,降低多晶材料在室温附近的热电性能,因此需要研究
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随着电子技术的发展,集成电路内部的热管理问题愈发凸显,热电器件凭借制冷功率密度高、温度响应迅速、无运动部件等优点逐渐得到关注,然而现阶段热电器件仍存在一些问题。在材料制备方面,目前常用的区熔单晶碲化铋基材料力学性能低,制备热电粒子时材料会发生破碎。多晶碲化铋基材料的力学性能较高,可用来制备多种尺寸的热电粒子。然而多晶材料的制备过程常常会引入类施主效应,降低多晶材料在室温附近的热电性能,因此需要研究调控类施主效应的方法。在器件制备方面,普通热电器件在汽车空调、半导体冰箱等设备中已经得到了应用。但在芯片、LED器件等微小设备中,由于体积差异,普通热电器件难以应用,需要体积更小的微型热电器件。然而目前报道的微型器件制备工艺不仅复杂而且成本高,为了提升微型热电器件工业生产的可能性,需要研究工艺简单、成本低的制备工艺。通过改变材料制备工艺可实现类施主效应的调控。研究表明:研磨法增强了类施主效应的影响,恶化N型碲化铋基材料热电性能。而基面变形工艺和反复冷压工艺引入了减弱的类施主效应,使得碲化铋基材料的功率因子基本不变。由于引入了更多晶界,N型材料的总热导率从1.3 W·m-1·K-1降低至1.18 W·m-1·K-1,P型材料的总热导率从1.75 W·m-1·K-1降至1.48 W·m-1·K-1,最后分别使N型和P型碲化铋基材料的热电优值提升至1.0和1.1。反位缺陷浓度对类施主效应的影响有限,但增大反位缺陷Bi’Te浓度使温度为500 K时的晶格热导率降低至约0.2 W·m-1·K-1。微型热电器件与普通长方形热电器件具有同种结构,两者的制备步骤基本相同。普通长方形热电器件制备工艺可作为研究微型热电器件制备工艺的基础。因此首先对普通长方形器件制备工艺进行改进,解决了制备中存在的热应力问题,成功制备出长方形热电器件。然后基于制备长方形热电器件的经验,对微型热电器件制备工艺进行深入研究。首先通过改良切割和电镀工艺,解决了粒子破碎和电镀层结合强度不高的问题,成功制备出了满足要求的微型粒子。后续基于长方形热电器件固定模具的思路,设计了钢片定位和两步焊接方法,最终制备出了微型热电器件。
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