基于超晶格的微型熱電制冷器.pdf

1、Intel科學(xué)家Packan曾指出：若繼續(xù)按照Moore定律縮小芯片的尺寸并同時(shí)提高其性能，高集成度芯片工作時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)使芯片很快達(dá)到其熱力學(xué)極限，因此，微電子器件的冷卻問(wèn)題早在80年代中期已成為國(guó)際微電子界和國(guó)際傳熱界的熱點(diǎn)。由于散熱功率密度小、體積大等缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的散熱裝置，如體態(tài)熱電制冷器散熱和風(fēng)扇加散熱片的強(qiáng)制對(duì)流散熱，已不能滿足下一代芯片的散熱要求。超晶格材料有良好的熱電品質(zhì)，近年人們初步研究了基于超晶格的熱電制冷器件。研究

2、結(jié)果表明：與傳統(tǒng)體態(tài)熱電制冷器相比超晶格熱電制冷器有散熱功率密度大、效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。 本文闡述了超晶格制冷器工作的兩種原理，即熱電制冷和熱離子制冷，在比較了兩種制冷方式的區(qū)別后，討論了熱離子制冷提高器件熱電性能的原因。根據(jù)電子在超晶格中的輸運(yùn)理論及熱導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)的結(jié)論對(duì)超晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。建立微制冷器精確三維模型，研究了基底熱阻、超晶格厚度、接觸電阻對(duì)器件性能的影響。用傳輸線方法(TLM)測(cè)量了不同工藝條件下形成的金屬-半導(dǎo)體

3、接觸比接觸電阻率的大小，找出了制作金屬．半導(dǎo)體接觸的最佳工藝條件。分別用InGaAs/InGaAsP、AlGaAs/AlGaAs超晶格制造了微型熱電制冷器。搭建Harman方法實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試了器件的塞貝克電壓。用顯微紅外成像方法測(cè)試了器件在不同工作電流下的溫差。測(cè)試結(jié)果表明，在環(huán)境溫度30　℃　下，1.2μm厚、截面積為50×50μm<'2>的Ⅲ-V族InGaAs/InGaAsP超晶格薄膜熱離子制冷器最大可獲得0.56K溫差。數(shù)值模擬結(jié)果