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1、10申请公布号CN104205385A43申请公布日20141210CN104205385A21申请号201380017756022申请日2013041061/622,15520120410US61/752,14320130114USH01L35/34200601H02N11/0020060171申请人UD控股有限责任公司地址美国密歇根州72发明人大卫科瑞斯考斯基74专利代理机构北京安信方达知识产权代理有限公司11262代理人惠磊郑霞54发明名称通过辐射交换和/或传导/对流的超晶格量子阱热电发电机57摘要在至少一个实施例中提供了一种热电发电机。该热电发电机包括一个帽和一个热电堆。将该帽耦合到一。
2、个产热装置上用于自其接收热能。该热电堆包括超晶格量子阱材料以及一个吸收器，用于接触该帽以接收该热能以及响应于该热能产生一种电输出用于以下项之一在存储装置上存储该电输出和用该电输出驱动一个第一装置。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014092986PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0359712013041087PCT国际申请的公布数据WO2013/155181EN2013101751INTCL权利要求书2页说明书17页附图17页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书17页附图17页10申请公布号CN104205385ACN1042053。
3、85A1/2页21一种热电发电机，包括一个用于耦合到产热装置上用于自该产热装置接收热能的帽；以及一个热电堆，包括多种超晶格量子阱材料以及一个吸收器，用于接触该帽以接收该热能以及响应于该热能产生一种电输出用于以下项之一存储装置上存储该电输出和用该电输出驱动一个第一装置。2如权利要求1所述的热电发电机，进一步包括一个反射器，该反射器位于该吸收器之下用于接收来自该热电堆的未使用的热能并且用于将该未使用的热能反射回该热电堆。3如权利要求2所述的热电发电机，其中该反射器由钯形成，用于吸收在该发电机内的污染物以使得能够在该帽、该吸收器、一个第一臂、以及一个第二臂之间传递热。4如权利要求2所述的热电发电机，。
4、其中该反射器由钯的任一种或多种合金形成，用于吸收在该发电机内的一种污染物以使得能够在该帽、该吸收器、一个第一臂、以及一个第二臂之间传递热。5如权利要求1所述的热电发电机，其中该帽包括一个用于将该吸收器耦合到该帽上的耦合层。6如权利要求5所述的热电发电机，其中该耦合层包括金和铝之一。7如权利要求5所述的热电发电机，其中该帽由硅形成用于与该耦合层以及该吸收器扩散这样使得其间形成一种共晶接合以将该吸收器耦合到该帽上。8如权利要求1所述的热电发电机，进一步包括一个基板，用于接收这些超晶格量子阱材料的一部分以与该热电堆产生温差。9如权利要求1所述的热电发电机，其中该吸收器包括一个用于接触该帽的有源区。1。
5、0一种热电发电机，包括一个用于耦合到产热源上的帽，该帽用于自该产热源接收热能；以及一个热电堆，包括一个有源区，用于接触该帽以接收该热能以及用于将该热能从该有源区输送到超晶格量子阱材料以响应于该热能产生一种电输出用于以下项之一在存储装置上存储该电输出和用该电输出驱动一个第一装置。11如权利要求10所述的热电发电机，进一步包括一个反射器，该反射器位于该有源区之下用于接收来自这些超晶格量子阱材料的未使用的热能并且用于将该未使用的热能反射回这些超晶格量子阱材料。12如权利要求11所述的热电发电机，其中该反射器由钯形成，用于吸收在该发电机内的一种污染物以使得能够在该帽、该有源区、一个第一臂、以及一个第二。
6、臂之间传递热。13如权利要求11所述的热电发电机，其中该反射器由钯的任一种或多种合金形成，用于吸收在该发电机内的一种污染物以使得能够在该帽、该有源区、一个第一臂、以及一个第二臂之间传递热。14如权利要求10所述的热电发电机，其中该帽包括一个用于将该有源区耦合到该帽上的耦合层。15如权利要求14所述的热电发电机，其中该耦合层包括金和铝之一。16如权利要求15所述的热电发电机，其中该帽由硅形成，用于与该耦合层以及该有源区扩散这样使得其间形成一种共晶接合以将该有源区耦合到该帽上。17如权利要求10所述的热电发电机，进一步包括一种基板，用于接收这些超晶格量权利要求书CN104205385A2/2页3子。
7、阱材料的一部分以与该热电堆产生温差。18一种热电发电机，包括一个用于从产热源接收热能的帽；一个热电堆，包括多种超晶格量子阱材料以及一个吸收器，用于接收来自该帽的热能以响应于该热能产生一个电输出；以及一个反射器，由钯和该钯的合金之一形成，以吸收在该发电机内的一种污染物以使得能够在该帽与该吸收器之间传递热。19如权利要求18所述的热电发电机，其中该吸收器包括一个有源区，用于接触该帽以将热传递给这些超晶格量子阱材料。20如权利要求19所述的热电发电机，其中该帽包括一个耦合层用于将该有源区耦合到该帽上。权利要求书CN104205385A1/17页4通过辐射交换和/或传导/对流的超晶格量子阱热电发电机相。
8、关申请的交叉引用0001本申请要求于2012年4月10日提交的美国临时申请序列号61/622,155和于2013年1月14日提交的美国临时申请序列号61/752,143的权益，这些申请的披露内容通过引用以其全文结合在此。技术领域0002在此描述的实施例总体上涉及一种超晶格量子阱辐射热电发电机RTEG和一种超晶格量子阱热电发电机TEG以及一种或多种形成其的方法。背景0003IR探测器总体上定义为响应IR辐射的光电探测器。红外探测器的一种类型是一种基于热的探测器。一种基于热的探测器可以在照相机内应用以产生一种物体的图像，该图像在总体上与此类物体相关的热特性上形成。已知基于热的探测器包括辐射热测量计。
9、、微辐射热测量计、热电物质和热电堆。热电堆可以产生一种直流电压用于传感和/或发电。热电堆可以包括许多将来自物体的辐射能转换成电能的热电偶。以下参考文献可能与本披露相关授予何乃塞克HYNECEK的美国专利号5,436,476、授予艾斯纳ELSNER等人的5,550,387、授予崔瑟豪斯DRESSELHAUS等人的6,060,656、授予古氏GOOCH等人的6,690,014、授予盖麦提GHAMATY等人的7,038,234、授予许HSU的7,755,048、以及授予柯才晋KOCHERGIN的美国专利公开号2011/0168978。概述0004在至少一个实施例中提供了一种热电发电机。该热电发电机包。
10、括一个帽和一个热电堆。将该帽耦合COUPLE到一个产热装置上用于自其接收热能。该热电堆包括多种超晶格量子阱材料以及一个吸收器，用于接触该帽以接收该热能以及响应于该热能产生一种电输出用于以下项之一在存储装置上存储该电输出和用该电输出驱动一个第一装置。附图简要说明0005实施例在所附的权利要求中具体地指出。然而，通过参考下面的详细描述结合附图，各种实施例的其他特征将变得更明显并且将得到最好的理解，其中0006图1描绘了根据一个实施例的热探测器；0007图2描绘了根据一个实施例的热探测器仅包括一个吸收器的横截面图；0008图3描绘了根据一个实施例被基于硅的材料封装的超晶格量子阱热电材料；0009图4。
11、A4B分别描绘了实现量子阱的一个实施例以及没有实现量子阱效应的另一个实施例；0010图5描绘了在沉积过程中由多个氮化硅和超晶格量子阱材料层造成的各种应力；0011图6描绘了根据一个实施例的MXN阵列的一个电连接方案；0012图7描绘了根据一个实施例的RTEG中的探测器；0013图8描绘了太阳和多种热靶穿过5米大气的光谱分布；说明书CN104205385A2/17页50014图9描绘了多种热靶穿过5米大气的光谱出射度；0015图10描绘了对于来自RTEG的输出使用来自表2的参数的模拟的结果；0016图11描绘了对于该RTEG的典型夜间条件的电效率对负载的计算机模拟；0017图12描绘了在一个实施。
12、例中使用与帽处于未连接状态的悬臂的TEG的侧视图；0018图13描绘了在一个实施例中TEG的悬臂的俯视图；0019图14描绘了用于TEG的P型臂的放大图，该图展示了它可以由一种氮化硅碱与P型SI/SIGEQW材料以及沉积在该氮化硅顶部的一种金属膜制成；0020图15描绘了一个侧视图，其中使用于该TEG的探测器的两个臂举起以接触一个硅帽；0021图16描绘了在该硅帽上布置的一层SIO2；0022图17描绘了一种金属化图案的实例，该金属化图案可以施用到该硅帽的底部；0023图18描绘了另一种方式，其中该吸收器可以附接到该帽上；0024图19描绘了在附接后该TEG的探测器的侧视图；0025图20描绘。
13、了另一种探测器设计的俯视图，该探测器设计可以静电地拉升至该帽用于附接；0026图21描绘了根据一个实施例的另一种TEG实现方式；0027图22描绘了TEG的俯视图，该TEG包括如图2中列举的附接了该帽的热探测器；以及0028图23描绘了根据一个实施例将一个深沟槽加入该帽。详细说明0029在此披露了详细的实施例。然而，应当理解的是，所披露的实施例仅仅是示例性的并且这样的实施例可以不同的以及替代的形式来实施。这些图不是必须按比例的；为了显示具体元件的细节，一些特征可能被夸大或缩小。因此，在此披露的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅是作为权利要求中有代表性的基础和/或作为传授本领域技术人员以。
14、多样化使用该一个或多个实施例的有代表性的基础。0030如在此披露的多个实施例，总体上提供一种热电发电机或辐射热电发电机，该热电发电机包括一个晶片级帽，该晶片级帽接收来自产热源例如，太阳、太阳能、热管、消音器MUFFLER、等的热能的。该晶片级帽可以耦合到或可以不耦合到该产热源上。在一种TEG实现方式中，该晶片级帽可以耦合到该产热源例如，热管、消音器、等上这样使得热电堆的一部分附接到该帽上以使得能够将热传递给超晶格量子阱材料，这些超晶格量子阱材料将接收到的热能转换成一种电输出用于在存储装置上存储。在一种RTEG实现方式中，这些超晶格量子阱材料可以接收直接或间接来自太阳或其他电磁辐射的产热源以产生。
15、电能而驱动另一种装置或第一装置。在该RTEG实现方式的情况下，该帽可以不耦合到该产热源。此外，使一个反射器定位于该热电发电机内并且包括钯或钯的多种合金。这些方面及其他将在此更详细讨论。0031在此披露的多个实施例可以提供但不限于多个探测器，这些探测器可以位于与环境交换能量的MXN列的一个阵列中，以或者产生电力或者从环境泵送热或泵送热到该环境到探测器。在另一个实施例中，该多个探测器可用于从一个光源或场景捕获或感应热能，并且为了能量存储的目的基于所感应到的热能提供一个电输出。该探测器总体说明书CN104205385A3/17页6上包括除其他事项之外一个吸收器、一个基板、和/或至少一个臂。该吸收器和。
16、/或该至少一个臂可被悬吊在该基板之上。可以设想，该吸收器和/或该至少一个臂可由一种基于超晶格量子阱热电的材料构成。此类构造可使得该吸收器以及该至少一个臂能够实现增强的塞贝克SEEBECK效应、低电阻率、和足够的热导率。这些方面可以改善探测器性能。还设想了该吸收器和/或该臂可由但不限于各种基于硅的介电材料如氮化硅和/或二氧化硅封装。用基于硅的介电材料封装超晶格量子阱热电材料可以应力补偿该探测器并且可以增强该探测器的结构完整性，而该吸收器和/或该至少一个臂被悬吊在该基板之上。0032图1描绘了根据本发明的一个实施例的探测器10。该探测器10可以是安排在一个MXN阵列18中的众多中的一个，该阵列被封。
17、装进一个可包括光学集中器的真空11内以形成一个辐射热电发电机RTEG200。该RTEG200总体上安排为感应直接或间接地接收自太阳或其他电磁辐射的产热源的热能以响应该热能产生电能来驱动另一个装置和/或以将电能存储在存储装置201如电池中。下文将更详细地讨论RTEG200。0033还认识到该探测器10还可以是安排在该MXN阵列18中的一个或多个以便形成一个热电发电机TEG300。该TEG300可以被封装或可以不被封装进该真空11中。该TEG300总体上包括其一个部分，该部分被耦合到一个产热源以接收热能。电能可以用于响应该热能产生电能用于驱动另一个装置201和/或用于将电能存储在存储装置203如电。
18、池中。下文还将更详细地讨论TEG300。0034将每个探测器10配置为从和/或到探测器10外的环境中吸收/发射电磁辐射下文中称为辐射并且基于从该环境交换的一定量的能量来改变其电压电位。读出集成电路ROIC19或读出电路定位于每个探测器10之下。ROIC19可以电输出每个探测器10的电压电位。设想该ROIC19可以包括多条电连接线或多个电子装置如总体上在互补金属氧化物半导体CMOS集成电路中发现的。每个探测器10可以被微型机制MICROMACHINED在该ROIC19的顶部。在此所披露的实施例还可被结合进一个探测器中，如在2010年3月23日提交的名为“红外探测器INFRAREDDETECTOR。
19、”的PCT申请序列号PCT/US2010/028293“该293申请”中提出的，该申请通过引用以其全文结合于此。该探测器10总体上被安排为一个微型桥。该探测器10可以形成为一个热电堆。0035虽然如以上所指出的探测器10可用于交换来自环境的辐射或与比该基板或者热的多或者冷的多物体进行交换，该探测器10还接收来自一个光源的热能，如直接或间接地接收自太阳的热能。探测器10响应于该热能提供一个电压输出，用于提供电能来驱动另一个装置201，或用于在一个存储装置203例如电池或其他合适的机构上存储电能。0036该探测器10包括一个吸收器12、一个第一臂14、一个第二臂15、以及一个基板16。该吸收器12。
20、、该第一臂14、以及该第二臂15可包括热电材料并且可由下面将要更详细描述的超晶格量子阱材料形成。该基板16可包括但不限于一个单晶硅晶片或一个硅晶片。该基板16可被连接到该ROIC19上。该吸收器12、该第一臂14、以及该第二臂15总体上被悬吊在该ROIC19之上。该第一臂14被置于在该吸收器12旁边并且，如果希望的话附着或不附着，可以沿着该吸收器12的一个第一侧18延伸，并在一个终端20终止。一个接线柱22被耦合到该第一臂14的终端20。0037该ROIC19的一个输入焊盘24接收该接线柱22。该接线柱22提供了一个从该吸说明书CN104205385A4/17页7收器12到该ROIC19的电连。
21、接。以一种类似的方式，该第二臂15被置于在该吸收器12旁边并且，如果希望的话附着或不附着，可以沿着该吸收器12的一个第二侧26延伸，并在一个终端28终止。一个接线柱30被耦合到该第二臂16的该终端28。该ROIC19的一个输入焊盘32接收该接线柱30。该接线柱30提供了一个从该吸收器12到该ROIC19的电连接。总体上，接线柱22和30彼此合作，以支撑该基板16之上的该吸收器12、该第一臂14和该第二臂15例如，在该基板16上方悬吊该吸收器12、该第一臂14和该第二臂15。0038该吸收器12总体上被配置成交换来自一个场景的辐射并且响应于其而改变温度。该探测器10可以基于接收自该场景的辐射的量。
22、改变其电压电位。在该吸收器12与该ROIC19之间放置一个反射器17。该反射器17可以提高该吸收器12吸收辐射的能力。例如，没有被吸收器12吸收的任何热能可以被反射器17反射并且回到吸收器12。可以从该吸收器12水平地移动该第一臂14及该第二臂15的位置，以热隔离该吸收器12。可以令人希望的是降低热传导以提高探测器10性能。此外，可以从该基板16竖直地移动该吸收器12、第一臂14及该第二臂15的位置并且在它们之间定义一个分离间隙34或空腔用于将一个探测器与位于该阵列内的其他探测器热隔离。0039该探测器10可以包括一侧上的P型材料和另一侧上的N型材料。例如，该吸收器12可被认为包括一个第一部分。
23、36、一个第二部分38、和一个有源区ACTIVEREGION40。该第一臂14和该第一部分36可由P型材料构成。该第二臂15和该第二部分38可由N型材料构成。该有源区40将基于P型的元件第一臂14和该第一部分36电耦合到基于N型的元件第二臂15和该第二部分38。该有源区40包括一个金属薄膜并且可以具有在其间形成的一个间隙。0040图2描绘了根据一个实施例包括仅一个吸收器12的热探测器10的截面图。在该探测器10的每一侧上形成了一个电连接21用于自其为一个读出电路未示出提供电输出。该吸收器12总体上位于或悬吊于一个空腔25之上。认识到的是该探测器10也可以被安排在该阵列18中以便形成RTEG20。
24、0或TEG300。0041已知的是实现一个包括多个臂和一个悬吊在该基板之上的吸收器的探测器。以这种常规的方式，这些臂热隔离该吸收器，这反过来又导致从该吸收器到该基板的热导率上的降低。通过降低该吸收器12与这些臂14、15之间的热导，可以降低热传递/泄漏并且可以实现IR探测器性能上的改进。这种常规方式总体上用下列材料的一种或多种形成热电结构例如，这些臂和该吸收器碲化铋、碲化锑、碲化铅、多晶硅、多晶硅锗、方钴矿、一种纳米复合材料、以及一种超晶格结构，以便实现低热导率。通过用一种或多种上述材料形成探测器并且通过悬吊该吸收器及这些臂，这些条件可导致该吸收器和/或这些臂翘曲或屈曲，这可能导致探测器故障。。
25、0042在此所描述的实施例认识到除其他之外，如与一个发电支撑装置ELECTRICALGENERATIONSUPPORTDEVICE一起使用的该吸收器12和/或这些臂14、15可由超晶格量子阱热电材料构成，这些材料可以使得该探测器10能够实现适当的电输出性能特点。此外，在此所披露的实施例设想用氮化硅或二氧化硅封装该吸收器12和/或这些臂14、15的超晶格量子阱材料。用基于硅的材料对该吸收器12和/或这些臂14、15的封装可以补偿或均衡在超晶格量子阱材料沉积的过程中感生的应力，并增加该探测器10的机械强度，而该探测器10的部分被悬吊在该ROIC16之上。通过增加该探测器10的机械强度并且通过说明书。
26、CN104205385A5/17页8应力补偿该探测器10，该探测器10的翘曲或屈曲可被最小化或完全消除。这些实施例进一步认识到该探测器10的该吸收器12、该第一臂14、以及该第二臂15可由超晶格例如硅/硅锗SI/SIXGE1X，其中X可以是一个整数或一个非整数下文中称为“SI/SIGE”量子阱热电材料构成。该第一臂14以及该第一部分36可由P型超晶格量子阱热电材料形成。该第二臂15以及该第二部分38可由N型超晶格量子阱材料形成。0043通过利用一个包括该吸收器12和/或臂14、15的超晶格量子阱热电堆10，这样一种条件最小化了从该吸收器12穿过这些臂14、15到基板16和/或到放置在该吸收器1。
27、2附近的任何装置的热损耗，由此将该吸收器12与一个周围的装置热隔离。当来自环境的辐射加热或冷却该吸收器12时，该探测器10产生了一个同该吸收器12与该基板16之间的温度差成比例的输出电压。相应地，如果该吸收器12由含有高热传导的材料形成，则探测器性能可能会由于来自该吸收器12的热能的泄漏而受到不利影响。由于该超晶格量子阱材料提供了一种低热导率，可以在该吸收器12处实现适当的热隔离，由此改善探测器性能。另外，超晶格量子阱材料还提供了高塞贝克系数和高导电性，其使得该探测器10能够提供一个带有高信噪比的输出电压，该输出电压提供了被该吸收器12感应到的辐射的量的高保真度表示。总体上，该探测器10能够提。
28、供毫安范围内的电流。0044虽然已知常规的探测器包括碲化铋、碲化锑、碲化铅、多晶硅、多晶硅锗、方钴矿、一种纳米复合材料、及一个超晶格结构作为实现悬吊的吸收器和/或悬吊的臂的低热导率的一种手段即，使来自该探测器的散热或热传递减到最少，此类材料可能无法提供足够的机械支撑，或不能适当地进行应力补偿。可以看出如下所示，在探测器10中使用超晶格量子阱热电材料可提供足够的热导率并且可以用作常规探测器中的材料种类的替换物。0045总体而言，为了从热电堆探测器10获得大的响应，从该探测器10例如吸收器12和/或这些臂14、15到该热地平面例如该基板16之内的热导GK应该要小。因此，该热电堆材料的热导率应该是尽。
29、可能地小。最后，可能令人期望的是该探测器10内的材料具有A高塞贝克系数以及B高导电性。由N型和P型材料制成的一种热电堆的品质因数定义如下00460047其中0048APP型材料的塞贝克常数以表示0049ANN型材料的塞贝克常数以表示0050KPP型材料的热导率以表示0051KNN型材料的热导率以表示0052RPP型材料的电阻率以M表示说明书CN104205385A6/17页90053RNN型材料的电阻率以M表示0054这个品质因数假定这些臂14、15具有相同的长度和截面积。表1下面示出了对于一个选定组的材料的这个新的品质因数。基于热电堆材料选择的性能改进可以是明显的。0055热电堆材料类型表1。
30、热电偶材料性能比较0056对于小间距例如，50M阵列，BI2TE3和NPSI07GE03可能不是热电材料的实用选择。拒绝标准NP多晶硅的原因是，其热导率可能太大而无法实现合理的探测器灵敏度。而且，该沉积温度可能对于接线柱互补性金属氧化物半导体CMOS兼容性而言太高。下面表2中给出了量子阱SI/SIGE、BI2TE3、SI07GE03和标准的NP多晶硅的感兴趣测量值例如，电阻率、塞贝克系数和热导率表2BI2TE3/SB2TE3参数、多晶硅参数、QW参数说明书CN104205385A7/17页100057虽然BI2TE3和SB2TE3可以产生高性能热电堆探测器，选择BI2TE3和SB2TE3可能有。
31、若干缺点。例如，1探测器电阻可能下降约3K并且结果是电子噪音可能占据支配地位；2BI2TE3和SB2TE3的沉积和蚀刻正被大量研究并且可能还尚未成熟然而，BI2TE3和SB2TE3可以在低温下沉积、图案化并被干法蚀刻；以及3如果没有保持化学计量，BI2TE3和SB2TE3的热电性能可能发生大的改变，这意味着对沉积和非常规沉积过程如共蒸发的紧密控制。相比之下，SI/SIGE超晶格量子阱包括CMOS以及微机械系统MEMS加工中广泛使用的材料。而且，在SI/SIGE超晶格量子阱实现方式中化学计量可能不是问题，这可能允许以不那么严格的控制进行沉积。0058已测量出BI2TE3薄膜的热导率为这可能接近于。
32、PECVD氮化硅的热导率，其中热导率可能大块BI2TE3的热导率可以是并且较低的热导率可能是非常薄的膜中的一个常见效果。BI2TE3的热导率可能随着膜厚度下降到低于05M而进一步下降。0059如上面表2中所示，BI2TE3和氮化硅可以具有相似的热导率。由于这个事实，向这些臂和/或该吸收器当由BI2TE3形成时添加大量氮化硅可能导致探测器性能的下降。由于此条件，常规实现方式倾向于避免向基于碲化铋的探测器添加氮化硅或二氧化硅。相比之下，本披露的这些臂14、15和/或该吸收器12可包括带有量子阱SI/SIGE的不同量的氮化硅和/或二氧化硅。此条件可能不会造成探测器性能的显著损耗，因为量子阱SI/SI。
33、GE的热导率可以比氮化硅的热导率大约34倍。这样，就添加到带有氮化硅的该SI/SIGE量子阱的热导率上的整体增加而言，由氮化硅添加的热导率的增加可以是可忽略的。例如，SI/SIGE量子阱的热导率可以是在35W/MK之间。氮化硅的热导率可以是12W/MK。添加适量的氮化硅可能不会影响探测器性能，因为SI/SIGE量子阱的热导率可能占据主导地位。总体上，氮化硅的厚度可以是在量子阱臂14、15的总厚度的从10至100中的任何地方。例如，如果臂14、15为厚，则氮化硅的厚度可以是在至的范围内。总体上，总热导的最大组分是由于臂14、15。0060当碲化铋材料用于形成该探测器中的薄膜以防止热导率上的增加时。
34、，可以实现一个悬吊的臂及吸收器结构的基于常规的探测器倾向于避免用氮化硅封装这些臂和/或该吸收器。然而，已经发现如在此所提出的，通过去除封装的氮化硅，这样一种条件可能如以上所指出的有助于该探测器10的翘曲和/或屈曲。例如，封装的氮化硅的去除可能会降低探测器的机械强度并去除应力补偿的能力。如果该探测器不被应力补偿，该探测器可能会翘曲并变得无效。0061MEMS加工中另一种有用的电介质可以是二氧化硅。沉积时，二氧化硅通常可能是在压应力下，这种材料连同氮化硅可用于补偿应力并且此外还可以是一种有效的蚀刻停止。薄膜二氧化硅的热导率可以是200062图3描绘了被基于硅的材料封装的超晶格量子阱热电材料。总体上。
35、，该吸收器12和/或这些臂14、15的超晶格量子阱层可以被包夹在一个氮化硅顶层与一个氮化硅底层之说明书CN104205385A108/17页11间或包夹在一个二氧化硅顶层与一个二氧化硅底层之间或是包夹在一个氮化硅顶层与一个二氧化硅底层之间或反之亦然见图3中SI/SIGE的交替层的元件29例如，阻挡层或传导层，其中阻挡层包括SI并且传导层包括SIGE。参考图12，该第一臂14和该第一部分36可以由氮化硅封装的P型超晶格量子阱形成。相反，该第二臂15和该第二部分38可以由氮化硅封装的N型超晶格量子阱形成。一个晶种层未示出位于该氮化硅层上方并且可以是单晶硅。0063图4A4B分别描绘了实现量子阱效应。
36、的一个实施例以及没有实现量子阱效应的另一个实施例。参照图4A，该探测器的一部分例如，第一臂14、第二臂15、和/或吸收器16可包括任意数目的膜41。这些膜41可包括SI和SI/GE的交替层例如，SI和SI/GE的超晶格。每一层SI和SI/GE可具有的厚度。该探测器10内的量子阱材料的总厚度可以是一个第一触点42位于一端上，并且一个第二触点44位于另一端上。该第一触点42可被水平地远离该第二触点44放置。通过将该第一触点42水平地远离该第二触点44放置，少量的电流和热量可横向流动，从该第一触点42穿过这些SI/SIGE层到该第二触点44例如，平面内。这样一种条件使得该第一臂14、该第二臂、和/或。
37、该吸收器16能够实现量子阱效应。0064提高热电材料的性能的一种方式可以是形成组分调制材料COMPOSITIONALLYMODULATEDMATERIAL，主要是通过相邻阻挡层在多层膜的活性层中对载流子进行量子阱限制。如在此所披露的方式是用一种材料包围每个电有源层，该材料具有一个足以形成电荷载流子的障碍的频带偏移BANDOFFSET。热电性能上的改善例如塞贝克效应、电阻率和热导率预计要由态密度的增加例如增强的塞贝克、载流子迁移率的增加例如较低的电阻、以及由于量子阱与阻挡层之间的应变导致的受抑制的声子流例如较低的热导率产生。层厚度可以是0065图4B描绘了该第一触点42被从该第二触点44垂直地移。
38、动位置。少量的电流和热量可以在跨平面的方向上流动，该方向与上文提到的从该第一触点42穿过这些SI/SIGE层到该第二触点44的量子阱配置的平面内方向垂直。虽然可以降低热导率，然而此实现方式无法实现量子阱效应。0066图5描绘了在一个或多个吸收器12中和/或在这些臂14、15中在沉积的过程中由这些氮化硅层和超晶格量子阱材料导致的各种应力。例如，在沉积时如量子阱SI/SIGE的材料可以是在压应力的状态下。在压应力下，各种SI和SIGE层可相对于该基板16扩展。在这种应力状态下，当被悬吊并附着在两个点时例如在接线柱22、30，SI和SI/GE的这些层无论是在该吸收器12中和/或这些臂14、15中可能。
39、会在该基板16之上屈曲。0067另一方面，当沉积时，氮化硅可以是在抗张强度的状态下。在拉张应力下，每一层氮化硅可能都会相对于该基板16收缩。在这种应力状态下，当被悬吊并附着在两个点时例如在接线柱22、30，每个氮化硅层可被该基板16拉伸。通过使用氮化硅和量子阱SI/SIGE的预定厚度和沉积参数，可以构造一个几乎无应力的探测器。总体上，由于这两个应力例如压缩和拉伸是相反类型的事实，通过将这些SI和SI/GE层与这些氮化硅层组合可以形成一个几乎无应力的薄膜。每一层的厚度可取决于每一层中的应力的幅度。0068总体上，如果该探测器10的这些层例如SI和SI/GE及氮化硅的层具有相等说明书CN10420。
40、5385A119/17页12且相反的应力水平，那么这些层在彼此顶部的沉积可能产生一个几乎无应力的膜。例如，用代表材料M1例如SI和SI/GE的层的应力，并且用代表材料M2例如氮化硅层的应力。在拉张应力下的材料可以具有一个正值，并且在压应力下的材料可以具有一个负值。用T1代表第一组层例如SI和SI/GE的厚度并且用T2代表第二组层例如氮化硅的厚度。为了生产一个应力补偿的探测器10，可能需要满足下面的等式0069此表达式可以很容易地被推广到两组以上的层。0070如以上所指出，量子阱SI/SIGE在沉积时可以是在压应力的状态下，并且氮化硅在沉积时可以是在拉张应力的状态下，由量子阱SI/SIGE的沉积。
41、造成的压应力可以被氮化硅的沉积造成的拉张应力抵消，这可能会导致一个几乎无应力的悬吊探测器实现方式。0071总体上，每一层SIGE都可以是吸收器12和/或臂14、15中的N或P型掺杂。这些SI层可以不被掺杂并且因此是不导电的。吸收器12和/或臂14、15中的一个或多个硅锗层的掺杂浓度大约是在5X1018至5X1019原子/CM3之间。N型与P型的掺杂浓度可以是不相同的。N型臂和P型臂的电阻应该是相同的以最大化塞贝克效应，这就是为什么不同的硅锗层的掺杂浓度不同，因为它可以被调整以实现等效的臂电阻。而且，随着掺杂浓度上升，电阻下降，但塞贝克效应也下降。实现了硅锗层的最佳掺杂浓度，以确保N型与P型臂之。
42、间的电阻是相同的，并且此外，实现最大的信噪比。0072在该探测器10中使用基于超晶格量子阱的热电材料提供了但并不限于适当的热导率、增强的塞贝克效应、以及低电阻率，这可以提高探测器性能。用基于硅的材料如氮化硅和/或氧化硅或其他合适的材料封装基于超晶格量子阱的材料可以增加该探测器10的机械强度以及应力补偿由超晶格量子阱材料的不同层造成的抵消应力。总之，本披露设想当与基于硅的材料结合时在该探测器10中使用超晶格量子阱热电材料可提供I由于热导率的可接受水平而增强的探测器性能、已发现的与超晶格量子阱热电材料有关找到的增强的塞贝克效应和低电阻率，及II由超晶格量子阱热电材料与封装的硅基材料之间的抵消应力造。
43、成的增强的机械强度/应力补偿。0073除了SI/SIGE量子阱系统之外，其他的量子阱系统如SI/SIC和B4C4/B9C9可以同样使用。RTEG0074如以上所指出，如图1和2中所说明的实现方式可以与RTEG200结合使用。在此情况下，RTEG200可以包括多个探测器10或10，这些探测器被安排进该封装进真空11中的MXN阵列18中。该RTEG200总体上安排为感应直接或间接地接收自太阳或其他辐射源的热能以响应该热能产生电能来驱动另一个装置201和/或以将电能存储在存储装置203如电池中。0075返回参见图1，为了最大化该RTEG200的效率，可能需要一个具有在1与10毫托之间的真空11来最小。
44、化在吸收器16上产生的热的导热损耗。尽管不同的污染气体可能最终从该真空封装的环境内的材料中排除，氢气是典型地可以从该真空封装的环境内的不同材料中排除的主要污染物。为了维持高真空环境，可以将一种收气剂例如可以吸收排气污染物的材料置于该真空封装的环境内以“收取”或“吸收”该污染物。如在此提出的认说明书CN104205385A1210/17页13识到的是钯和/或钯的某些合金例如，钯银在下文中统称为“钯”可以在该真空封装的环境内用于吸收氢气。钯作为收气剂0076反射器17可以包括钯并且可以直接放置在吸收器16之下。该吸收器16与该反射器17之间的距离可以是该吸收器16与该封装的环境之间的最小距离例如取。
45、决于设计从1至4微米的任何地方。气体污染物CONTAMINATE如氢气的热导可以随着该吸收器16与该反射器17的距离减小而增大。总体上，在气体的存在下由于两个板之间的距离减小，热导随着板间隔减小而增大。这样，可以优选的是将钯放置在该吸收器16与该反射器17之间的一个点处，该点提供该吸收器16与该反射器17之间的最小距离。此外，该钯或收气剂可以几乎覆盖该MXN阵列18的整个表面区域例如增加该收气剂材料的表面区域，这样使得可以实现该收气剂的整体效用的增加。0077除了是一种优异的氢气收气剂之外，钯或镜面加工的钯SPECULARNISHEDPALLADIUM总体上包括在5与15微米之间的高反射率例如。
46、，98，由此提供了一种理想的反射器17的材料。该吸收器16背侧的“有效的”发射率由以下等式给出00780079在最坏情况下，其中该吸收器16背侧的发射率是单位值UNITY吸收器1，一个基于钯的反射器17可以导致该吸收器背后的有效发射率为002假设钯的反射率为98并且使用反射器1098002，这可以维持该吸收器16的高温并且可以增加该RTEG200的发电效率。0080除了钯的收气剂和反射特性之外，钯的熔化温度，1555C，比用于CMOS/MEMS加工的铝合金的熔化温度例如，这典型地是约450C高的多。由于更高的熔化温度，沉积SI/SIGE量子阱材料的加工步骤可以在更高的温度下进行。当与探测器10。
47、的微桥施工技术结合使用时，这样一种条件可以改善RTEG200的整体性能。量子阱材料的高温沉积0081接线柱CMOS温度限制可以通过进行，但不限于，以下项避免A避免使用CMOS电路和/或B修改CMOS工艺这样使得可以在沉积材料如铝合金之前沉积一种或多种量子阱材料。此类材料总体上呈现出最终的低熔化温度。量子阱材料的高温沉积可以提供以下项1可以使该基板的温度升高到450C或例如650C之上，这将允许晶种层在沉积过程中更好地结晶；2更高的沉积温度可以允许SI/SIGE量子阱材料中的更多的应力，这可能使得更宽的操作温度范围成为可能例如可以实现该更宽的操作温度范围因为应力可以提高SI/SIGE量子阱材料的。
48、热电特性并且可以维持应力直到量子阱材料接近其初始沉积的温度；3如果对于适当的装置操作，很多量子阱层是必需的，则有可能的是随着添加更多的层，量子阱材料的沉积可能开始失去其短程结晶有序例如使用高温加工可能允许在已经沉积的叠层LAYERSTACK顶部沉积一个新的晶种层以“重新开始”短程SHORTTERM结晶有序以允许随后的叠层以适当的结晶有序程度沉积；以及4对于带有很多层的量子阱结构，维持适当的短程结晶有序的另一种方式可以是使部分沉积的堆在高温下退火以使该部分沉积的量子阱堆更好地结晶并且然后在该退火操作之后结束该沉积。说明书CN104205385A1311/17页14电连接0082ROIC19的一个。
49、功能可能是电结合探测器10或10下文中统称10的每一个的输出。例如，可以将该MXN阵列18中的这些探测器10串联地放置以产生大的电压连同少量的电流。相反地，可以将这些探测器10并联地放置以产生大的电流连同小的电压。在任一种情况中，有用输出功率可以是相同的。不同的串联和并联组合可以提供不同程度的输出电压和输出电流。可以有益的是具有大的电压和小电流，因为电连接可能不会如此大以便携带大量的电流。0083图6描绘了由MXN阵列18形成的RTEG200的一种电连接方案。使用这种电连接方案，对于所有探测器的均匀的辐射交换，来自阵列18的有效输出电压可以是MV，其中V是一个单一探测器10的输出电压。有效的输出电阻可以是RM/N。总可用功率可以是该阵列的开路电压，MV，乘以该阵列的短路电流，NV/R，其是MNV2/R，如预期的。0084如图6中所示的实例电连接的另外的益处是如果任一个探测器发生故障，可以有多个路径用于电流继续流动以使得该RTEG200能够继续运行。如果整行发生故障，则该RTEG200可能变得不能工作。0085多个不同的热电发电机设计正在被开发，它们可以用于将废热或热源直接转换成电力。此类设计可以包括来自柴油卡车以及汽车和热电发电机包括空间应用的废热回收。BI2TE3合金、PBTE合金、以及SIGE基材料可以用于偏远地区例如。