垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置，包括：步骤一：制作镂空掩模板（9、10、11、12），该镂空掩模板的镂空图案用于限定薄膜热电器件的热电臂阵列的至少部分图案，将衬底（8）固定在衬底托（7）上；步骤二：在衬底托和镂空掩模板上分别形成位置相对的至少一套定位孔（13a-13e），每套定位孔中包括至少三个定位孔，通过在定位孔上放置定位滚珠（14）以将镂空掩模板间隔地定位安装在衬底托上；步骤三：将衬底托和镂空掩模板装夹固定，利用物理气相沉积技术并透过镂空掩模板在衬底上完成镂空图案的沉积制作。热电器件的图形由多块镂空掩模板实现，利用了滚珠精确定位，高效且方便。
【专利说明】垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及热电器件的制造领域，具体地，涉及一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置。
【背景技术】
[0002]热电器件能够实现热能与电能的直接转换，具有发电和制冷等两个基本功能，可广泛应用于电子，光电子，航天，国防，生物医学等许多重要领域。热电器件为全固体构造，具有结构紧凑，无可移动部件，无燥音，无污染气体排放等突出优点，越来越引起人们的广泛关注。常规热电器件一般采用垂直型(cross-plane)结构，而薄膜热电器件一般可大致分为平面型(in-plane)和垂直型(cross-plane)两种结构。图1显不了一种垂直型热电器件的结构示意图，它的主要部件包括P型(N型)热电臂1、N型(P型)热电臂2、底部连接电极3、顶部连接电极4、底部基板5和顶部基板6等几个主要部分，其中N型和P型热电臂通过底部和顶部连接电极交替地串接在一起，并且所有热电臂都与基板垂直并平行于热流方向。采用垂直型结构的常规热电器件的热电臂一般由块体热电材料制成，其高度可低至几百微米。由于通过热电臂的热流密度(Heat flux)与其高度成反比，因此为了获得较大的电输出功率密度或者制冷功率密度，需要把其高度进一步减小到几十个微米甚至几个微米的范围，从块体热电材料出发加工如此薄的热电臂并将其组装成器件是比较困难的，而采用薄膜生长技术和半导体加工技术则可以相对容易地达到以上目标，并可进行规模化地生产。
[0003]最近几年，以德国Micropelt公司和美国Nextreme公司为代表的生产商已经将垂直型薄膜热电器件推入了市场。制作垂直型薄膜热电器件的一个关键是热电臂和电极的图形化以及图形之间的相互对准，图形化主要基于以下两种方法:一种是基于紫外光刻和干(湿)法刻蚀技术，另外一种是基于镂空掩模板(stencil mask)技术,相对于前者,后一种方法相对简便，所需的图形可以在物理气相沉积过程中直接形成，避免了紫外光刻和干(湿)法刻蚀等步骤。目前的模板加工技术已经可以将镂空掩模板的最小开孔尺寸缩小到亚微米水平，对于垂直型热电薄膜器件而言，它的热电臂的横截面的特征尺寸在几微米到几百微米之间，因此采用镂空掩模板技术完成上述热电器件组成部件的图形化在原则上是可行的，然而，由于在器件制作过程中需要使用多块镂空掩模板，掩模板和衬底上已有图案之间就存在一个对准和固定两者相对位置(定位)的问题，这种对准和定位一般需要借助专门的设备才能完成，同时操作步骤比较繁琐，对准精度和重复性也可能存在问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置，以提高垂直型薄膜热电器件的制作效率。
[0005]为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，该制作方法包括:步骤一:制作镂空掩模板，该镂空掩模板的镂空图案用于限定所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的至少部分图案，并且将衬底固定在衬底托上；步骤二:在所述衬底托和镂空掩模板上分别形成位置相对的至少一套定位孔，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，通过在所述定位孔上放置定位滚珠以将所述镂空掩模板间隔地定位安装在所述衬底托上；步骤三:将所述衬底托和镂空掩模板装夹固定，利用物理气相沉积技术并透过所述镂空掩模板在所述衬底上完成该镂空掩模板的镂空图案的沉积制作。
[0006]优选地，用于形成所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的图案的所述镂空掩模板为多块，并且所述制作方法还包括:步骤四:更换所述镂空掩模板并定位，重复步骤三，直至完成所述薄膜热电器件的热电臂阵列的整个图案的沉积制作。
[0007]优选地，在步骤二中，所述衬底托或镂空掩模板上形成有多套所述定位孔，每套中包括至少三个尺寸相同的所述定位孔，并且各套所述定位孔的尺寸不同，从而通过相应大小的定位滚珠将所述镂空掩模板定位安装在所述衬底托上以适应不同厚度的所述衬底。
[0008]优选地，所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列包括底部电极层、形状相同的多个P型热电臂和N型热电臂，该多个P型热电臂和N型热电臂呈二维阵列对应排布在底部电极层上，所述制作方法包括:在步骤一中，制作镂空掩模板以限定所述底部电极层的图案，所述底部电极层的图案与所述P型热电臂或N型热电臂的图案相配套，另制作两块热电臂镂空掩模板(10、11)以分别限定所述P型热电臂和N型热电臂的图案。
[0009]优选地，在所述镂空掩模板的四周加装固定板。
[0010]优选地，在步骤三中，将所述衬底托和镂空掩模板通过紧固件装夹固定在上装夹板与下装夹板之间，固定有所述衬底的衬底托安放在下装夹板上，所述上装夹板上设有开口以暴露所述衬底。
[0011]优选地,所述上装夹板和下装夹板上对应设有多个安装孔,该多个安装孔围绕安放在所述下装夹板上的所述衬底设置，所述紧固件穿过所述安装孔以紧固所述上装夹板和下装夹板。
[0012]优选地，所述衬底托和镂空掩模板的材料为金属、绝缘体或半导体。
[0013]优选地，所述物理气相沉积技术为分子束外延沉积技术、溅射沉积技术、脉冲激光沉积技术、电子束蒸发沉积技术或热蒸发沉积技术。
[0014]优选地，该制作方法还包括步骤五:在将完成沉积制作的所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列在真空或惰性气氛中进行退火处理。
[0015]根据本发明的另一方面，还提供了一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，该制作装置包括衬底、衬底托、多块镂空掩模板和装夹机构，所述衬底固定在所述衬底托上，所述镂空掩模板的镂空图案用于限定所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的至少部分图案；其中，所述衬底托和镂空掩模板上分别形成位置相对的至少一套定位孔，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，以通过在所述定位孔上放置定位滚珠将所述镂空掩模板间隔地定位安装在所述衬底托上，所述装夹机构用于装夹固定所述衬底托和镂空掩模板。
[0016]优选地，所述衬底托和/或所述镂空掩模板上形成有间隔设置的多套定位孔。
[0017]优选地，所述镂空掩模板的四周加装有固定板。
[0018]优选地，所述装夹机构包括上装夹板和下装夹板，固定有所述衬底的衬底托安放在下装夹板上，所述上装夹板上设有开口以暴露所述衬底。
[0019]优选地，所述上装夹板和下装夹板上对应设有多个安装孔，该多个安装孔围绕安放在所述下装夹板上的所述衬底设置，所述紧固件穿过所述安装孔以紧固所述上装夹板和下装夹板。
[0020]通过上述技术方案，根据本发明的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置中，热电器件的图形化由镂空掩模板实现，通过与各种物理气相沉积制膜技术配合使用以形成热电器件的热电臂阵列的图案，高效且方便。尤其是利用了滚珠定位完成镂空掩模板与衬底之间的对准和定位，使得制作定位对准精确，便于操作，从而极大地提升了热电器件的制作效率。
[0021]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0023]图1为一种垂直型热电器件的结构示意图；
[0024]图2为多块镂空掩模板之间以及镂空掩模板与衬底之间对准的示意图；
[0025]图3a)中将定义底部电极层的镂空掩模板9置于定位钢珠14上，上述钢珠位于衬底托7的定位孔中；
[0026]图3b)为完成了对准和定位后的衬底托和镂空掩模板的侧视图；
[0027]图3c)中将衬底托和镂空掩模板的组合体用夹具上板16、夹具下板17和紧固件20固定；
[0028]图3d)中制作完成的底部电极层图案22和对准标记23 ；
[0029]图3e)为底部电极层的结构示意图；
[0030]图4a)中将定义P型(N型)热电臂的镂空掩模板10置于钢珠14上，上述钢珠位于衬底托7的定位孔中；
[0031]图4b)中沉积了 P型(N型)热电臂的组件结构示意图；
[0032]图5a)中将定义N型(P型)热电臂的镂空掩模板11置于钢珠14上，上述钢珠位于衬底托7的定位孔中；
[0033]图5b)为沉积了 P型和N型热电臂的组件的结构示意图。
[0034]图6a)为顶部沉积层的结构示意图；
[0035]图6b)将定义顶部沉积层的镂空掩模板12置于钢珠14上，上述钢珠位于衬底托7的定位孔中；
[0036]图7a)图示了实施例1中使用的衬底托29上设有三组不同尺寸的定位孔；
[0037]图7b)图示了实施例1中使用的底部电极层镂空掩模板30 ；
[0038]图7c)图示了实施例1中使用的P型(N型)热电臂的镂空掩模板31 ；
[0039]图7d)图示了实施例1中使用的N型(P型)热电臂镂空掩模板32，为清楚起见，上述三块镂空掩模板未显示加固框15 ;以及
[0040]图8图示了实施例1中使用的与磁控溅射设备(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控溅射仪)相适合的夹具上板16和夹具下板17。
[0041]附图标记说明
[0042]I N型热电臂2P型热电臂
[0043]3 底部连接电极4顶部连接电极
[0044]5 底部基板6顶部基板
[0045]7 衬底托8衬底
[0046]9 底部电极层镂空掩模板 10P型(N型)热电臂镂空掩模板
[0047]11 N型(P型)热电臂镂空掩模板12 顶部沉积层镂空掩模板
[0048]13a-13e定位孔14定位滚珠
[0049]15 掩模板加固框16夹具上板
[0050]17 夹具下板18圆孔
[0051]19 开口20紧固件
[0052]21 螺丝孔22底部电极层图形
[0053]23 对准标记24a粘附层
[0054]24b 导电层24c扩散阻挡层
[0055]25 P型热电臂阵列26N型热电臂阵列
[0056]27 扩散阻挡层28焊料浸润层
[0057]29 实施例1中的衬底托30 实施例1中的底部电极层掩模板
[0058]31 实施例1中的P型(N型)热电臂掩模板
[0059]32 实施例1中的N型(P型)热电臂掩模板33 Si02/Si衬底
【具体实施方式】
[0060]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0061]在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0062]本发明在此提供了如下一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法和制作装置。
[0063]I)首先设计制作衬底托7和多块镂空掩模板9-12，如图2所示，每块镂空掩模板上设计一组镂空图形，分别用来定义底部电极层、P型(N型)热电臂，N型(P型)热电臂，热电臂顶部沉积层(如扩散阻挡层或者焊接浸润层)。在衬底托和各块镂空掩模板上分别制作有定位孔13a_13e,当衬底托的定位孔13a与镂空掩模板的定位孔(13b_13e)对准后,各镂空掩模板上的图形相对于衬底8上已制作图形的位置也就确定了。(图2)
[0064]优选地，上述镂空掩模板和衬底托可以采用金属(如不锈钢片)制作，也可以采用半导体(如硅单晶片)制作。
[0065]优选地，在衬底托和各个镂空掩模板上可以制作一组以上不同尺寸的定位孔，与不同直径的定位钢珠配合使用，用来改变镂空掩模板和衬底托之间的距离，以容纳不同厚度的衬底，或者调节掩模板与衬底之间的间隙。
[0066]2)在衬底托7上固定衬底8，衬底8可以是玻璃片，石英片，陶瓷片或者带有绝缘层的半导体片，在一个完整的热电器件中，衬底8将作为底部基板。在衬底托7的一组相同尺寸的定位孔中放入一组相同直径的定位钢珠14 (图3a)，优选地，上述定位钢珠的数目可以是4个；再将定义底部电极层的镂空掩模板9置于钢珠14上(图3a)，稍微移动掩模板9，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位，图3b显示的是镂空掩模板完成对准定位后的侧视图。优选地，在所有镂空掩模板的周围可以固定加固框15，以增加镂空掩模板的强度。
[0067]3)将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定(图3c)，上述夹具的具体形状和尺寸需要与进行下一步物理气相沉积的设备相适应，该夹具需要具备下列基本特征:它由上板16和下板17组成，上板有开口 19以暴露衬底，上板和下板上还分别设有圆孔18和螺丝孔21，上板和下板之间用紧固件20连接。
[0068]利用物理气相沉积技术在衬底上沉积底部电极层图形22和对准标记23 (图3d)，上述对准标记将便于在制作好的热电臂阵列上开展进一步的加工操作(如紫外光刻，以及热电臂阵列与顶部电极之间的焊接)。所使用的物理气相沉积技术可以是金属热蒸镀，电子束蒸镀和磁控溅射沉积等等。
[0069]底部电极层主要由导电层24b构成，作为导电层的金属可以是Cu，Au，Pt，Ag，Al等；底部电极还可以另外包含粘附层24a和扩散阻挡层24c。(图3e)粘附层24a用来增加衬底和导电层24b之间的粘接力，作为粘附层的金属可以是Cr，Ti，Mo，Ta，Pt，Nb等；扩散阻挡层24c用来阻止导电层24b的原子扩散进入热电臂而降低热电薄膜的热电性质，作为扩散阻挡层的可以是Ni等金属。
[0070]4)完成底部电极层的制作后，移去夹具上板16、夹具下板17和镂空掩模板9，在不改变衬底8位置的情况下，将定义P型热电臂的镂空掩模板10置于钢珠14上(图4a)，稍微移动掩模板10，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位。将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定，上述夹具的具体形状和尺寸需要与进行下一步物理气相沉积的设备相适应，参照图3c，该夹具需要具备下列基本特征:它由上板16和下板17组成，上板有开口 19以暴露衬底，上板和下板上还分别设有圆孔18和螺丝孔21，上板和下板之间用紧固件20连接。
[0071 ] 5)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积P型热电臂阵列25 (图4b)。上述物理气相沉积技术可以是指分子束外延、溅射(如磁控溅射)、脉冲激光沉积、电子束蒸发、热蒸发等制膜技术。构成热电臂的材料可以是含有异质结的多层超晶格薄膜，也可以是单层薄膜。
[0072]6)完成P型热电臂的沉积后，移去夹具上板16、夹具下板17和镂空掩模板10，在不改变衬底8位置的情况下，将定义N型热电臂的镂空掩模板11置于钢珠14上(图5a)，微移动掩模板11，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位。将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定，参照图3c，上述夹具的具体形状和尺寸需要与进行下一步物理气相沉积的设备相适应，该夹具需要具备下列基本特征:它由上板16和下板17组成，上板有开口 19以暴露衬底，上板和下板上还分别设有圆孔18和螺丝孔21，上板和下板之间用紧固件20连接。
[0073]7)利用物理气相沉积技术在衬底上沉积N型热电臂阵列26 (图5b)。上述物理气相沉积技术可以是指分子束外延、溅射(如磁控溅射)、脉冲激光沉积、电子束蒸发、热蒸发等制膜技术。构成热电臂的材料可以是含有异质结的多层超晶格薄膜，也可以是单层薄膜。
[0074]8)优选地，在完成P型和N型热电臂的制作后，还可以在热电臂上部制作顶部沉积层，如图6a所示，顶部沉积层可以包含扩散阻挡层27，还可以包含焊料浸润层28，因为在制作一个完整的热电器件的时候，热电臂的顶部一般需要通过焊料与器件的顶部电极焊接在一起，扩散阻挡层27用来阻止焊料层的原子扩散进入热电臂而降低热电薄膜的热电性质，作为扩散阻挡层的材料可以是Ni等金属；焊料浸润层28有利于热电臂与顶部电极之间的焊接，构成焊料浸润层28的材料可以是Cu，Ni, Pd等金属。
[0075]为了制作顶部沉积层，移去夹具上板16、夹具下板17和镂空掩模板11，在不改变衬底位置的情况下，将定义热电臂顶部沉积层的掩膜板12置于钢珠14上(图6b)，稍微移动掩模板12，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位。将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具固定，上述夹具的具体形状和尺寸需要与进行下一步物理气相沉积的设备相适应，该夹具需要具备下列基本特征:它由上板16和下板17组成，上板有开口 19以暴露衬底,上板和下板上还分别设有圆孔18和螺丝孔21，上板和下板之间用紧固件20连接。
[0076]在热电臂顶部利用物理气相沉积技术制作顶部沉积层，如扩散阻挡层27和焊料浸润层28(图6b)上述物理气相沉积技术可以是指溅射(如磁控溅射)、电子束蒸发或者热蒸发等制膜技术。
[0077]9)在真空或者惰性气氛中对热电臂阵列进行退火处理。
[0078]以下通过一种具体实施例1来进一步详细阐述。
[0079]实施例1:采用与滚珠自对准定位机制相结合的镂空掩模板技术、磁控溅射技术和金属热蒸镀技术，在Si02/Si衬底上制作底部电极层、P型和N型热电臂阵列；上述P型和N型热电臂阵列由磁控溅射方法沉积，其中P型半导体靶材的组分为Bitl 5Sb15Te3外加约4wt%的Te，N型半导体靶材的组分为Bi2Te2.7Sea3。
[0080]I)采用不锈钢材料制作衬底托29 (图7a)、底部电极层掩模板30 (图7b)、P型(N型)热电臂掩模板31 (图7c)、N型(P型)热电臂掩模板32 (图7d)。如图7c和图7d所示，上述掩模板定义了两组图形，其中第一组图形中单个热电臂横截面的设计直径是400微米，第二组图形中单个热电臂横截面的设计直径是200微米。
[0081 ] 另外，衬底托29上制作有三组不同直径的定位孔(分别以A、B、C代表，直径分别为0.95mm、0.97mm和0.99mm),与之对应，在各个掩模板也分别制作有三组不同直径的定位孔(分别以V、B'、C'代表，直径也分别为0.95mm，0.97mm和0.99mm)。
[0082]2)把Si02/Si衬底33粘贴固定到衬底托29上，根据衬底的厚度选择合适尺寸的一组钢珠(4个)和一组定位孔，尽量使得镂空掩模板和衬底表面之间的距离在定位完成后达到最小，从而减少沉积过程中图形的宽化，但上述距离以掩模板与衬底上将要制作的图形不碰到一起为限，以避免损伤图形。将选择好的四个钢珠放置在衬底托上所确定的某组定位孔处(如图7a中的B组)，参照图3a，将定义底部电极层的镂空掩模板30置于钢珠上，稍微移动掩模板，使得钢珠卡入掩模板上相应的一组定位孔(如B'组)中，完成对准。
[0083]3)参照图3c，将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具上板16、夹具上板17和螺丝20固定。
[0084]4)利用金属热蒸镀方法在衬底上先沉积金属Cr层，作为粘附层24a，接着沉积Au层，作为导电层24b，从而完成底部电极层的制作。在上述的金属热蒸镀过程中，所使用设备为北京中科科仪的SBC-2型金属镀膜机。
[0085]5)完成底部电极层的制作后，移去夹具的上板16和下板17，以及镂空掩模板30，参照图4a，在不改变衬底33位置的情况下，将定义P型热电臂的镂空掩模板31置于钢珠14上，稍微移动掩模板31，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位。
[0086]将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具上板16、夹具下板17和螺丝20固定(图8)，上述夹具的具体形状与下一步将要使用的磁控溅射设备(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控溅射仪)相匹配。
[0087]接下来利用磁控溅射方法在衬底上沉积P型热电臂。沉积前腔体背景压强为1.4X10_4Pa，沉积时基板不加热，高纯氩气流量为25SCCm，所采用射频(RF)电源的功率为60W，沉积时间为7200s，溅射时腔体背景压强为LSXlOla。
[0088]6)完成P型热电臂的制作后，移去夹具上板16、夹具下板17和镂空掩模板31，得到P型热电臂阵列。
[0089]接下来，参照图5a，在不改变衬底33位置的情况下，将定义N型热电臂的镂空掩模板32置于钢珠14上，稍微移动掩模板32，使得钢珠卡入掩模板上相应的定位孔中，完成对准和定位。
[0090]将完成了对准和定位的衬底托-镂空掩模板组合体用夹具上板16、夹具下板17和螺丝20固定(图8)，上述夹具的具体形状与将要使用的磁控溅射设备(日本ULVAC公司的ACS-4000-C4磁控溅射仪)相匹配。
[0091]接下来利用磁控溅射方法在衬底上沉积N型热电臂。沉积前腔体背景压强为
2.3X10_4Pa，沉积时基板不加热，高纯氩气流量为25SCCm，所采用射频(RF)电源的功率为50W，沉积时间为9000s，溅射时腔体背景压强为1.SXlOla。
[0092]7)完成N型热电臂的制作后，移去夹具上板16、夹具下板17和镂空掩模板32，最后得到P型和N型热电臂阵列。
[0093]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0094]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0095]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，该制作方法包括: 步骤一:制作镂空掩模板(9、10、11、12)，该镂空掩模板的镂空图案用于限定所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的至少部分图案，并且将衬底(8)固定在衬底托(7)上； 步骤二:在所述衬底托(7)和镂空掩模板(9、10、11、12)上分别形成位置相对的至少一套定位孔(13a_13e)，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，通过在所述定位孔(13a-13e)上放置定位滚珠(14)以将所述镂空掩模板(9、10、11、12)间隔地定位安装在所述衬底托(7)上； 步骤三:将所述衬底托(7)和镂空掩模板(9、10、11、12)装夹固定，利用物理气相沉积技术并透过所述镂空掩模板(9、10、11、12 )在所述衬底(8 )上完成该镂空掩模板(9、10、11、12)的镂空图案的沉积制作。
2.根据权利要求1所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，用于形成所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的图案的所述镂空掩模板(9、10、11、12)为多块，并且所述制作方法还包括: 步骤四:更换所述镂空掩模板(9、10、11、12)并定位，重复步骤三，直至完成所述薄膜热电器件的热电臂阵列的整个图案的沉积制作。
3.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，在步骤二中，所述衬底托(7)或镂空掩模板(9、10、11、12)上形成有多套所述定位孔(13a_13e)，每套中包括至少三个尺寸相同的所述定位孔，并且各套所述定位孔的尺寸不同，从而通过相应大小的定位滚珠(14)将所述镂空掩模板(9、10、11、12)定位安装在所述衬底托(7 )上以适应不同厚度的所述衬底(8 )。
4.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列包括底部电极层(22)、形状相同的多个P型热电臂和N型热电臂，该多个P型热电臂和N型热电臂呈二维阵列对应排布在底部电极层(22)上,所述制作方法包括: 在步骤一中，制作镂空掩模板(9)以限定所述底部电极层的图案，所述底部电极层的图案与所述P型热电臂和N型热电臂的图案相配套，另制作两块热电臂镂空掩模板(10、11)以分别限定所述P型热电臂和N型热电臂的图案。
5.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，在所述镂空掩模板(9、10、11、12)的四周加装固定板(15)。
6.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，在步骤三中，将所述衬底托(7)和镂空掩模板(9、10、11、12)通过紧固件(20)装夹固定在上装夹板(16 )与下装夹板(17 )之间，固定有所述衬底(8 )的衬底托(7 )安放在下装夹板(17)上，所述上装夹板(16)上设有开口以暴露所述衬底(8)。
7.根据权利要求6所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，所述上装夹板(16)和下装夹板(17)上对应设有多个安装孔(18、21)，该多个安装孔(18、21)围绕安放在所述下装夹板(17)上的所述衬底(8)设置，所述紧固件(20)穿过所述安装孔(18、21)以紧固所述上装夹板(16)和下装夹板(17)。
8.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，所述衬底托(7)和镂空掩模板(9、10、11、12)的材料为金属、绝缘体或半导体。
9.根据权利要求2所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，所述物理气相沉积技术为分子束外延沉积技术、溅射沉积技术、脉冲激光沉积技术、电子束蒸发沉积技术或热蒸发沉积技术。
10.根据权利要求2-9中任意一项所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作方法，其特征在于，该制作方法还包括步骤五:将完成沉积制作的所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列在真空或惰性气氛中进行退火处理。
11.一种垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，其特征在于，该制作装置包括衬底(8 )、衬底托(7)、多块镂空掩模板(9、10、11、12 )和装夹机构，所述衬底(8 )固定在所述衬底托(7)上，所述镂空掩模板(9、10、11、12)的镂空图案用于限定所述垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的至少部分图案； 其中，所述衬底托(7)和镂空掩模板(9、10、11、12)上分别形成位置相对的至少一套定位孔(13a_13e)，每套所述定位孔中包括至少三个定位孔，以通过在所述定位孔(13a_13e)上放置定位滚珠(14)将所述镂空掩模板(9、10、11、12)间隔地定位安装在所述衬底托(7)上，所述装夹机构用于装夹固定所述衬底托(7 )和镂空掩模板(9、1、11、12 )。
12.根据权利要求11所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，其特征在于，所述衬底托(7)和/或所述镂空掩模板(9、10、11、12)上形成有间隔设置的多套定位孔(13a_13e)。
13.根据权利要求11所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，其特征在于，所述镂空掩模板(9、10、11、12)的四周加装有固定板(15)。
14.根据权利要求11所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，其特征在于，所述装夹机构包括上装夹板(16 )和下装夹板(17 )，固定有所述衬底(8 )的衬底托(7 )安放在下装夹板(17)上，所述上装夹板(16)上设有开口(19)以暴露所述衬底(8)。
15.根据权利要求15所述的垂直型薄膜热电器件的热电臂阵列的制作装置，其特征在于，所述上装夹板(16)和下装夹板(17)上对应设有多个安装孔(18、21)，该多个安装孔(18、21)围绕安放在所述下装夹板(17)上的所述衬底(8)设置，所述紧固件(20)穿过所述安装孔(18、21)以紧固所述上装夹板(16)和下装夹板(17)。
【文档编号】H01L35/34GK104347789SQ201310337004
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】王汉夫, 官爱强, 褚卫国 申请人:国家纳米科学中心